Совместная работа наземных и космических обсерваторий помогла открыть планету в обитаемой зоне очень холодной звезды

Когда мы говорим об обитаемых планетах, обычно мы представляем себе вторую Землю, вращающуюся вокруг второго Солнца. Но обитаемые планеты могут обращаться и вокруг более холодных светил — красных и коричневых карликов, — и они представляют немалый интерес.

Чтобы обладать умеренным климатом, планета должна находиться в десятки раз ближе к красному карлику, чем Земля к Солнцу, и при этом она почти неизбежно попадет в приливный захват. На одной ее стороне, повернутой к своему светилу, как Луна к Земле, будет вечный день, а на другой — вечная ночь, и только вблизи линии раздела звезда может подниматься из-за горизонта и заходить за него благодаря либрациям. Удержать свои атмосферы этим планетам непросто: красные карлики обладают бешеной вспышечной активностью, а в молодости — еще и многократно повышенной светимостью.

На этом основные трудности обитаемых планет в системах красных карликов заканчиваются. Если планета заметно массивнее Земли, она может удержать плотную атмосферу, которая поглотит жесткое излучение вспышек и сгладит температурные контрасты между дневной и ночной стороной планеты. К тому же красные карлики встречаются в несколько раз чаще солнцеподобных звезд, и они живут сотни миллиардов, а то и триллионы лет — в отличие от нашего Солнца, которое через миллиард-другой лет сделает Землю необитаемой.

Планеты красных карликов легче изучать с помощью транзитной спектроскопии — флагманского метода изучения атмосфер экзопланет. Проходя по диску солнцеподобной звезды, планета размером с Землю закрывает одну десятитысячную долю ее диска, а ее атмосфера — всего пару миллионных долей. Если на планете есть кислород, то в линии его поглощения планета будет перекрывать примерно на 0,0002% больше звездного света, чем в соседнем участке спектра, где атмосфера прозрачна.

Красные карлики намного меньше Солнца, и для их планет соответствующие цифры увеличиваются в сотню раз — до процента и сотых долей процента (они обратно пропорциональны квадрату радиуса звезды). Измерить такие вариации блеска все еще сложно, но гораздо проще, чем у солнцеподобных звезд. Кроме того, благодаря тесным орбитам, планеты красных карликов чаще оказываются транзитными, а транзитные планеты чаще проходят по диску своей звезды.

Несмотря на удобство изучения, у маломассивных красных карликов пока известно довольно мало планетных систем. Красные карлики очень тусклы — особенно в видимом диапазоне, где работают большинство обсерваторий, занимающихся поиском экзопланет. И все же, среди их систем уже удалось сделать несколько впечатляющих открытий и составить интересную статистику.

Самая близкая к нам звезда, Проксима Центавра — красный карлик, и в ее обитаемой зоне есть планета земной массы. Около очень тусклого и холодного карлика TRAPPIST-1 обнаружено сразу семь землеподобных планет, из которых от одной до трех могут находиться в обитаемой зоне. Многие другие системы красных карликов устроены похожим образом: компактные и упорядоченные архитектуры из земель, суперземель и мини-нептунов, многие из которых находятся в обитаемых зонах или близки к ним.

Ученые из университета Бирмингем во главе с Летицией Дельрес (Laetitia Delrez) докладывают об открытии двух землеподобных планет у звезды LP 890-9, которая теперь занимает второе место в списке самых холодных звезд с планетами (после TRAPPIST-1). Это — красный карлик в созвездии Эридана, на расстоянии ста световых лет от Земли, который в шесть раз меньше Солнца и в девять раз легче его. Диаметр звезды всего в полтора раза больше юпитерианского, а температура — меньше, чем у вольфрамовой нити во многих лампах накаливания — 2570 градусов Цельсия.

В видимом свете яркость LP 890-9 составляет +18-ю звездную величину — чтобы разглядеть ее глазами, понадобится двухметровый телескоп. Несмотря на это, обсерватория TESS, которая ищет экзопланеты у близких звезд, оказалась способной зафиксировать падения яркости звезды от прохождения планет по ее диску.

Для подтверждения транзитов астрономы воспользовались метровыми инфракрасными телескопами SPECULOOS, установленными в Канарской и Европейской Южной обсерваториях, и предназначенными специально для поиска и подтверждения транзитов у красных карликов (в инфракрасном диапазоне они в сотни раз ярче, чем в видимом). Собирающая способность этих телескопов в сто раз превосходит TESS, и транзитные сигналы удалось точно измерить.

Оказалось, что обе планеты обладают почти одинаковыми диаметрами — на треть больше земного. Скорее всего, они являются скалистыми. Внутренняя планета разогревается материнской звездой вчетверо больше, чем Земля, и обладает тепловым режимом, промежуточным между Венерой и Меркурием. На внешней планете прогрев составляет 90% от земного. Таким образом, планета LP 890-9c чуть прохладнее Земли и находится почти в центре зоны обитаемости.

Транзитный сигнал от каждой из планет — падение блеска звезды при прохождении планеты по ее диску — составляет солидные 0,6%. Вероятно, вскоре к их изучению подключится телескоп Джеймса Уэбба, и мы узнаем довольно многое об их природе и составе их атмосфер.