Современная астрономия переживает период интенсивного технологического обновления: новые космические обсерватории и методы обработки данных позволяют исследовать Вселенную с беспрецедентной точностью. Одним из самых перспективных проектов ближайших лет является космический телескоп Nancy Grace Roman (Roman Space Telescope) — космический аппарат NASA, предназначенный для масштабного обзора галактики и поиска экзопланет с помощью эффекта гравитационного микролинзирования. Эта методика, основанная на искривлении света массивными объектами, даёт шанс раскрывать архитектуру сложных планетных систем, включая системы с несколькими планетами. Новое исследование, проведённое командой Vito Saggese из Итальянского национального института астрофизики, оценивает способность Roman обнаруживать именно такие сложные системы.
Гравитационное микролинзирование: принцип и значение
Гравитационное линзирование — один из следствий общей теории относительности Эйнштейна. Масса звезды искривляет пространство-время вокруг себя, а проходящий через это искривлённое пространство свет от более удалённой звезды изменяет траекторию, создавая эффект увеличения и искажения её изображения. Если у ближнего объекта есть планеты, их гравитация также влияет на световой сигнал, что создаёт уникальные подписи в наблюдаемой световой кривой. Именно это явление называется гравитационным микролинзированием.
Метод микролинзирования имеет ключевое преимущество: он позволяет обнаруживать планеты на больших расстояниях от Земли, в том числе в регионах галактики, куда не могут «дотянуться» традиционные методы транзита или радиальной скорости. Он особенно эффективен при наблюдении систем, в которых планеты находятся на значительном расстоянии от их звезды, или когда звезда-«линза» и звезда-источник почти выстраиваются по прямой линии для наблюдателя.
Новая оценка возможностей Roman по выявлению сложных систем
В оригинальном исследовании авторы расчитывали, насколько хорошо Roman справится с обнаружением систем, содержащих не одну, а несколько планет, в событиях микролинзирования. Расчёты проводились на основе 1,3 миллиона синтетических наборов данных световых кривых, моделирующих системы «трёх линз» — звезда плюс две планеты.
Результаты моделирования показывают, что:
- Телескоп сможет правильно идентифицировать приблизительно 66,3 % таких тройных систем (звезда и две планеты) как именно многокомпонентные, а не ошибочно интерпретировать их световые кривые.
- Расположение планет относительно звезды существенно влияет на вероятность обнаружения. Если планеты находятся в области, близкой к так называемому кольцу Эйнштейна, диапазону расстояний, где микролинзирование оказывается наиболее сильным, вероятность обнаружения возрастает до 93 %.
- В худшем случае, когда обе планеты находятся далеко от звезды, эффективность детекции падает до 55 %, что тем не менее остаётся достаточно высоким показателем для типичных астрономических наблюдений.
- Масса планет также влияет на результаты: две массивные планеты (с массами, сопоставимыми с Юпитером) обнаруживаются с вероятностью около 90 %, тогда как системы из более мелких планет труднее различимы на фоне шума данных.
Такие результаты позволяют оценить, что в ходе своей основной программы Roman может зарегистрировать около 64 событий микролинзирования, связанных с тройными линзами, что составит приблизительно 4,5 % всех обнаруженных экзопланетных микролинзирующих событий в рамках миссии.
Почему это важно для изучения экзопланет
До сих пор случаи, когда гравитационное микролинзирование позволило обнаружить систему сразу с несколькими планетами, были крайне редкими — всего около 11 таких наблюдений за всю историю астрономии. Roman благодаря своей чувствительности и широкой области наблюдения может увеличить число таких открытий более чем в шесть раз.
Это важно по нескольким причинам:
- Расширение статистики систем с несколькими планетами поможет лучше понимать процессы формирования и эволюции планетных систем вне Солнечной системы.
- Анализ таких систем предоставляет данные о распределении масс и расстояний планет от звезды, что важно для теорий о планетной архитектуре и динамике.
- Гравитационное микролинзирование позволяет обнаруживать планеты на больших расстояниях от Земли, в том числе внутри галактики, где другие методы малоэффективны.
Технологические и методологические предпосылки
Телескоп Nancy Grace Roman разрабатывается в первую очередь как инструмент для крупномасштабных обзоров Вселенной, в том числе для детального поиска экзопланет методом микролинзирования. Его широкий поле зрения и чувствительность к слабым изменениям световых кривых делают его особенно подходящим для обнаружения тонких признаков, которые другие телескопы могут пропустить.
Гравитационное микролинзирование как метод требует постоянного и быстрого измерения изменений светимости звёзд на протяжении длительного времени, что Roman сможет обеспечивать благодаря своей конструкции и планируемой продолжительности миссии. Это даёт возможность фиксировать редкие, но информативные явления, связанные с «искривлённым светом», под которым понимается изменение траектории и усиление светового сигнала вследствие гравитации объекта-линзы.
Перспективы изучения экзопланетных архитектур
Расширение возможностей по обнаружению многокомпонентных систем через микролинзирование внесёт значительный вклад в каталог экзопланет. Это особенно важно для систем, где планеты находятся на больших орбитах или имеют малую массу, но всё же влияют на кривые света благодаря гравитационному воздействию.
Roman, благодаря своей чувствительности и объёму собранных данных, может помочь сформировать более подробный и количественный обзор разнообразия планетных систем во Вселенной, что позволит астрономам глубже анализировать различные типы архитектур и динамику планетных систем вне Солнечной системы — от одиночных планет до сложных систем с несколькими крупными планетами и, возможно, даже с поясами астероидов или карликовыми спутниками вокруг звёзд-линз.
Заключение
Использование искривлённого света в гравитационном микролинзировании открывает новые горизонты для исследования сложных экзопланетных систем. Благодаря методам обработки данных, симуляциям и, главное, перспективам космического телескопа Roman, астрономы получают мощный инструмент для изучения архитектуры планетных систем, которые ранее было крайне сложно обнаружить и изучить в деталях. Количество запланированных наблюдений с выявлением многокомпонентных линз может увеличиться в разы, что существенно расширит наши знания о разнообразии планетных систем в галактике.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.universetoday.com/articles/using-bent-light-to-map-complex-planetary-architectures
