Международная команда астрономов использовала метод гравитационного микролинзирования для оценки количества планет в Млечном Пути. Шестилетний обзор миллионов звезд нашей галактики привел ученых к выводу, что планетарные системы около звезд являются обычным делом как минимум в ближайших космических окрестностях нашей планеты. Исследование было опубликовано в номере журнала Nature за 12 января.
За последние 16 лет всего было обнаружено более 700 подтвержденных экзопланет. В это число не входят кандидаты, множество которых (более 1200) нашел телескоп Кеплер и подавляющая часть которых действительно являются планетами. Ученые уже перешли от поиска планет к изучению их свойств, таких как состав поверхности и атмосферы (при помощи спектрального анализа), но без ответа остается важный вопрос, насколько вообще планеты типичны для звезд Млечного Пути.
В основном в настоящее время экзопланеты ищут либо изучая гравитационное воздействие планеты на свою звезду, искривляющее ее орбиту, либо при помощи метода прохода, когда проходящая между звездой и наблюдателем планета вызывает ослабление света звезды. Недостатком обоих методов является большая чувствительность к массе планеты и ее расстоянию до звезды. В случае поиска по гравитационному воздействию планета должна быть достаточно тяжелой для заметного воздействия на звезду и должна быть расположена не слишком далеко. В случае использования метода прохода большая масса обычно означает большой размер, что позволяет заметить вариации яркости звезды, а низкая орбита означает малый период обращения, что позволяет быстро засечь три прохода, необходимые для помещения звезды в кандидаты на обладание экзопланетой. Вместе с тем, наибольший интерес для астробиологов представляют планеты, похожие на Землю – небольшие и обращающиеся далеко от Солнца. Землю, например, телескоп Кеплер смог бы засечь только после трех лет работы из-за трех необходимых замеченных проходов. А если один из них пропустить?
Альтернативой двум основным методам служит метод гравитационного микролинзирования. Он позволяет искать планеты в широком диапазоне масс и высот их орбит около звезд.
«Мы искали признаки существования экзопланет по собранным за шесть лет данным наблюдений явлений микролинзирования, – говорит Арно Кассан из Астрофизического института в Париже, первый автор публикации. – Полученные нами результаты говорят о том, что в нашей галактике планет больше, чем звезд. Мы также усановили, что относительно легкие планеты, которые можно назвать сверхземлями или холодными Нептунами, должны встречаться чаще, чем более тяжелые».

Ученые использовали данные, собранные и предоставленные им группами PLANET (Probing Lensing Anomalies NETwork, использующей 1.54-метровый датский телескоп Европейской южной обсерватории) и OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). Эти команды собирали данные о действии небесных объектов как линз для света звезд. Гравитационное поле планеты, если она есть у звезды, может заметно увеличить яркость ее излучения, видимую нами.
«Совместный проект PLANET был создан для того, чтобы отследить интересные явления, связанные с микролинзированием при помощи всемирной сети телескопов, размещенных в южном полушарии, от Австралии и Южной Африки до Чили. Телескопы Европейской южной обсерватории внесли в эту базу данных огромный вклад», – говорит руководитель проекта PLANET Жан-Филипп Болье, также сотрудник Астрофизического института в Париже.
Микролинзирование сильно тем, что с его помощью можно найти экзопланеты, невидимые для двух основных методов поиска. Но хотя потенциально от этого метода ничто не может укрыться, его удачное применение требует наложения на систему звезды очень жестких условий. В первую очередь, звезда и планета, гравитационное поле которой линзирует ее свет, должны быть расположены особенным образом. Если даже это условие выполнено, чтобы по полученным данным можно было различить экзопланету ее орбита должна иметь конкретную для данного случая ориентацию в пространстве.
Хотя такое совпадение условий – редкое явление, делающее поиск экзопланет методом микролинзирования трудной задачей, в базе данных, накопленных за шесть лет реализации проектов PLANET и OGLE было найдено три экзопланеты, одна сверхземля и две планеты с массами, близкими к Нептуну и Юпитеру. При жестких ограничениях метода микролинзирования и отсутствия направленности проектов на поиск экзопланет это хороший результат. И для него есть два объяснения. Либо астрономам невероятно повезло с расположением и орбитами этих трех планет, либо экзопланеты настолько распространены в Млечном Пути, что найти их даже при таких ограничениях оказалось возможно. Всего было изучено несколько миллионов звезд в течение 2002-2007 годов. Всего в ходе наблюдений было зафиксировано 3247 случаев микролинзирования.
После обнаружения трех новых планет к ним были добавлены семь более ранних случаев обнаружения экзопланет, а также огромное количество случаев в базе данных, когда экзопланет найдено не было. Это позволило провести статистический анализ данных по частоте наличия экзопланеты около звезды. Анализ показал, что одна из каждых шести рассмотренных звезд обладает планетой с массой, сравнимой с Юпитером, у половины звезд имеются планеты размеров Нептуна, и у двух третей звезд есть сверхземли. При этом было принято, что искомые экзопланеты должны находится в диапазоне расстояний между 75 миллионами и 1.5 миллиардами километров от их звезды. Для Солнечной системы это соответствует интервалу расстояний, в котором находятся орбиты всех планет от Венеры до Сатурна. Массы планет были ограничены диапазоном от пяти масс Земли до десяти масс Юпитера.
В результате оказалось, что среднее число планет вокруг звезды больше одной.