Ученые продолжают расширять границы поиска сложных небесных объектов за пределами Солнечной системы. Одно из перспективных направлений — поиск так называемых «экзотроянцев» (exotrojans), объектов, движущихся в стабильных орбитальных точках рядом с массивными телами в экзопланетных и других системах. Последнее исследование сосредоточено на экстремальной среде — бинарных системах, где одним из компаньонов является пульсар.
Что такое троянцы и почему они важны
В Солнечной системе троянцами называют небольшие тела, удерживаемые гравитацией и движущиеся в L‑точках Лагранжа двух тел, обычно планеты и Солнца. Наиболее известные из них — тысячи астероидов, соседствующие с Юпитером на 60 градусов «впереди» и «позади» его на орбите.
Троянцы с аналогичной динамикой могут существовать и в других системах, включая экзопланетные системы. Такие объекты учёные называют «экзотроянцами». Их обнаружение помогло бы уточнить механизмы формирования планетных систем, динамику орбитальных резонансов и распределение массы в них.
Почему пульсарные системы рассматриваются
Новое исследование сосредоточено на бинарных системах, в которых быстрый пульсар орбитально связан с гораздо менее массивным компаньоном, типичным примером которых являются так называемые «чёрные вдовы». В таких системах пульсар медленно «съедает» материал своего спутника за счёт мощного излучения и сильного ветра, понижая его массу до примерно 1 % массы Солнца.
Такие условия делают орбитальную динамику необычной. Однако малая масса вторичного тела означает, что вблизи точек Лагранжа L4 и L5 может существовать относительная гравитационная стабильность для небольших объектов, что делает подобные системы подходящими для поиска троянцев.
Основные методы поиска
Традиционные методы обнаружения экзопланет — измерение сдвигов звезды под влиянием гравитации планеты или фиксация изменения яркости во время транзита — неприменимы к пульсарным системам. В этих условиях используется наблюдение за радиоимпульсами, испускаемыми пульсаром, и анализ кривых блеска оптического света от компаньона.
Исследователи применили два основных подхода:
- Сравнение оптических и радио данных: оптическая кривая блеска показывает моменты, когда разогретая сторона спутника обращена к Земле. Радиоимпульсы от пульсара отражают движения центра масс всей системы. Несовпадение этих кривых может указывать на дополнительное тело в системе, влияющее на динамику.
- Анализ времени прихода радиоимпульсов (Time of Arrival, TOA): точные временные измерения радиоимпульсов пульсара позволяют определить небольшие колебания центра масс системы, которые могли бы быть вызваны гравитационным влиянием третьего объекта, например троянца.
Результаты поиска
Исследование было проведено в девяти пульсарных системах, в том числе в системе PSR J1641+8049. По результатам обоих методов астрономы не получили уверенных подтверждений существования экзотроянцев. В двух случаях были зарегистрированы сигналы, которые, скорее всего, являются ложноположительными — они могли быть результатом шума от самой системы или ограничений наблюдательных данных.
В остальных семи системах в пределах чувствительности используемых методов не выявлено объектов даже массой, сравнимой с земной. В одной системе анализ ограничил возможную массу троянца величиной не более примерно восьми масс Юпитера, хотя и это не считается достоверным подтверждением.
Что ограничивает текущие результаты
Отсутствие обнаруженных экзотроянцев пока не исключает их существование. Динамическая стабильность точек Лагранжа требует определённого соотношения масс и орбитальных параметров, и наличие объекта размером с Землю может потребовать более стабильного гравитационного окружения, чем характерно для многих из рассмотренных систем.
Кроме того, в текущих данных могли остаться невидимыми более мелкие объекты, находящиеся в точках L4 и L5, которые оказывают слишком слабое влияние на измеряемые параметры для их надёжного выявления с существующими методами.
Перспективы дальнейших наблюдений
По мнению авторов исследования, будущие и более длинные по времени наблюдательные кампании, например расширенные данные проекта NANOGrav с двадцатилетним базовым рядом наблюдений, могут позволить увеличить чувствительность поиска и уточнить возможные орбитальные сигнатуры, которые могли остаться незамеченными.
Накопление более длинных временных рядов TOA и совершенствование методов анализа динамических характеристик пульсарных систем улучшит возможности выявления даже относительно небольших тел, включая экзотроянцы, если они действительно существуют в этих экстремальных космических средах.
Значение для астрономии
Пока экзотроянцы остаются гипотетическими объектами. В Солнечной системе они хорошо представлены вокруг Юпитера, но за её пределами подтверждений пока нет. Их обнаружение вне Солнечной системы могло бы расширить представления о том, как формируются и эволюционируют системы с несколькими телами, какие условия позволяют поддерживать стабильные ко‑орбитальные конфигурации и как распространены такие динамические структуры в разных типах звездных систем.
Поиск в экстремальных системах вокруг пульсаров — это новая и сложная область, которая может в будущем дать важные данные о разнообразии небесных объектов и динамических взаимодействиях в сложных гравитационных системах.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
