Планеты в пыли

Поиск и изучение далеких миров упирается в одну проблему – их яркость. Планете трудно выделится на фоне сияния ее звезды, особенно если речь идет о небольшой, твердой и потенциально пригодной для жизни планете. Многие астрономы заняты задачей разработки методик, позволяющих упростить поиск потенциально обитаемых планет. Среди них – двое сотрудник Аризонского университета. Они не смирились с тем, что мы не можем увидеть нашего далекого двойника и разрабатывают подход, который позволит снять одну проблему рассмотрения планеты – облако пыли вокруг звезды. Планеты почти всегда вращаются вокруг своей звезды внутри разреженного пыльного облака. Наша Солнечная система также содержит такое облако, образовавшееся при ударах астероидов и испарении летучих веществ из ядер комет.

«Современные технологии позволяют нам наблюдать эти пылевые диски, но пока только самые яркие из них. Они должны быть в тысячи раз ярче того, что окружает Солнечную систему», – говорит Дени Дефре, сотрудник Университета, участвующий в работе с интерферометром Большого бинокулярного телескопа. Конечно, плотное пылевое облако ярче и его легче увидеть, но вот внутри него разобрать признаки планеты очень трудно, если не невозможно. «Нам нужно научиться замечать тусклые пылевые облака, – говорит Дефре. – Это можешь очень сильно повысить наши шансы найти похожие на Землю планеты». Твердые планеты часто встречаются в звездных системах, и пылевой диск явно указывает, что она там должна быть. Его источник – астероиды – на заре жизни системы должны были создать хотя бы одну твердую планету. Таким образом, пылевая завеса – индикатор того, что на систему стоит обратить внимание. «Если вы видите пыль около звезды, то в системе есть твердые частички мусора, и шанс найти там же планету увеличивается», – говорит помощник Дефре Фил Хинц, работающий в Обсерватории Стюарта, подразделении Университета.

Дефре и Хинц работают над инструментом, который позволит астрономам замечать тусклые пылевые облака, которые всего в десять, а не в несколько тысяч, раз ярче того, что присутствует в Солнечной системе. «Это (искать далекую планету обсуждаемым методом – КЖ) все равно что пытаться обнаружить бабочку, которая кружится вокруг далекого маяка, погруженного в туман, – говорит Дефре. – Такой уровень чувствительности – минимум, необходимый для будущих миссий, нацеленных на изучение потенциальных двойников Земли, способных поддерживать на поверхности жидкую воду. Наша задача – убрать из каталога подлежащих изучению систем те, у которых пылевое облако слишком яркое, чтобы можно было сквозь него рассмотреть планету».

«Если облако пыли очень яркое, в тысячу раз ярче, чем в Солнечной системе, то его общее излучение становится сравнимым с излучением звезды», – говорит Хинц. Их легко найти, но излучение планеты полностью забивается светом и звезды, и облака. Тусклые облака могут быть, наоборот, в тысячи раз слабее своих звезд, и такие уже нельзя заметить в сиянии звезды. Задача – найти компромисс, облако, которое легко найти, но и сквозь которое легко смотреть.

Дефре и Хинц пытаются показать принципиальную возможность этого с помощью обоих зеркал телескопа, чтобы затем уже предлагать проекты потенциальных наземных или космических специальных телескопов. Эта работа находится в русле намерений NASA по прямому изучению похожих на Землю планет, в первую очередь за счет получения спектральных данных об их поверхности. «Чтобы это сделать, придется создать специальный космический телескоп с узкой специализацией (узкоспециализированный Кеплер с вышедшей из строя системой управления пока не начал работу над новыми задачами – КЖ), – говорит Хинц. – Мы же хотим узнать, можно ли выделить спектральный сигнал планеты из общего спектра излучения пылевого облака, окружающего звезду».

Для этого пара ученых использует уникальных возможности, предоставляемые парой телескопов-близнецов в рамках одной установки. «Мы собираем излучение одновременно с помощью обоих телескопов. Затем мы удаляем излучение центральной звезды, чтобы можно было детально изучать свет пылевого облака, – поясняет Хинц. – Для этого мы направляем свет, собираемый обоими телескопами, в параллельные пучки. За счет этого достигается интерференция излучения и усиление того сигнала, который представляет для нас интерес. Конечно, какая-то то часть излучения безвозвратно теряется, и наша работа заключается в минимизации этих потерь чтобы довести их до приемлемого уровня».

Аналогичная методика уже использовалась на паре телескопов обсерватории Кека. С их помощью удалось наблюдать пылевое облако около звезды Фомальгаут на расстоянии 25 световых лет от нас. Эта звезда и окружающий ее диск стали популярным предметом для изучения. «Основываясь на наблюдениях с помощью Очень большого телескопа, мы поняли, что звезда Фомальгаут окружена ярким облаком пыли, находящимся на очень низкой орбите, – говорит сотрудник Института астрофизики и планетологии Жереми Лебретон. – Используя интерферометр телескопов Кека, мы обнаружили, что облако пыли является не таким ярким, менее плотным и находится недалеко от зоны обитания звезды. Это облако похоже на главный пояс астероидов Солнечной системы, и он явно взаимодействует с еще не открытыми, но точно имеющимися в системе, планетами».