В поисках Татуина
Зрелище двух солнц над пустынной планетой Татуин из «Звездных войн» считается одной из культовых сцен в истории научно-фантастического кинематографа. Исходя из того, что оба светила восходят и заходят одновременно, Татуин не просто обращается вокруг одиночного солнца — его орбита проходит вокруг обоих компонентов двойной системы. Такую орбиту называют околодвойной (циркумбинарной), или орбитой P-типа, противопоставляя ее околозвездной (циркумстелларной) орбите S-типа, по которой планета обращается только вокруг одного компонента двойной звезды. Когда франшиза «Звездных войн» еще только набирала обороты, такие планеты существовали исключительно в воображении сценаристов. Теперь мы знаем, что они вполне реальны.
В отличие от планет, обращающихся вокруг одиночных звезд, циркумбинарная планета движется на большем удалении от компонентов двойной звезды. Поэтому она в меньшей степени влияет на движение звезд, что затрудняет ее обнаружение по колебаниям лучевой скорости. Более подходящий метод в данном случае — пытаться зафиксировать прохождение планеты по диску одной из звезд или выявить воздействие гравитационного притяжения на период обращения компонентов двойной звезды.
Благодаря применению обоих этих методов в 2011 г. удалось обнаружить планету Кеплер-16 b. Система, в которой она была найдена, находится в 200 световых годах от нас в созвездии Лебедь. Образующие ее две звезды располагаются невероятно близко друг к другу — их отделяют всего лишь 0,22 а.е., что меньше расстояния между Солнцем и Меркурием. Размером обе звезды меньше нашего светила. Масса первой составляет 69% массы Солнца, второй — 20%. Расстояние между компонентами системы настолько мало, а их яркость настолько низка, что различить их при наблюдении не представляется возможным. Обнаружить двойственную природу системы помогает то, что в ходе орбитального движения звезды затмевают друг друга, о чем свидетельствует периодическое ослабление их общего блеска, имеющее место, когда они по очереди ныряют друг за друга.
Во время наблюдения с помощью телескопа «Кеплер» внимание исследователей привлекли три дополнительных падения светимости звезд, которые не совпадали с затмениями звезд. Такое уменьшение блеска указывало на существование третьего, невидимого тела, которое закрывало небольшую часть света двойной звезды. Причем затмения происходили не через равные промежутки времени, что свидетельствовало о циркумбинарной орбите, при которой время прохождения сдвигается из-за вращения двойной звезды.
Как бы ни велико было желание найти реальный прообраз Татуина, распознать в загадочном объекте планету удалось не сразу. Это вполне могла быть и третья звезда, например Проксима Центавра, пролетающая на большом удалении мимо двойной системы по своей орбите. Развеять сомнения помогло влияние, оказываемое интервентом на орбиты звездной пары. Как и в случае с изменением времени прохождения, описанным в главе 6, гравитация третьего тела вызывала незначительные отклонения во времени, когда две звезды затмевали друг друга. Величина таких отклонений прямо зависит от массы дополнительного элемента в системе. В данном случае его вес соответствовал весу планеты.
Небо нового мира было, как у Татуина, но сам он не был ни каменистым, ни горячим. При размере, сопоставимом с размером Сатурна, Кеплер-16 b совершает полный оборот вокруг двух звезд за 229 суток. Хотя год на этой планете приблизительно равен году на Венере, из-за небольшого размера своих светил тепла она получает немного, а температура поверхности на ней, согласно расчетам, составляет –73 °C. По времени прохождения и затмений удалось определить массу планеты и ее радиус, что позволило вычислить среднюю плотность — 0,964 г/см3. Она выше, чем у Сатурна (плотность которого составляет 0,687 г/см3), но намного меньше, чем у планет земного типа. Вероятно, мы имеем дело с гибридным миром, наполовину состоящим из горных пород и льда, а наполовину — из толстой водородно-гелиевой атмосферы.
Если точно следовать официальным правилам, планета Кеплер-16 b должна называться иначе — Кеплер-16 (AB) b. Такое название отражает тот факт, что она обращается вокруг обеих звезд. Но, учитывая, что они образуют тесную систему, неоднозначное толкование исключено, и поэтому обозначение AB обычно опускают.
Обычное ли это явление — планеты на циркумбинарных орбитах? Или Кеплер-16 b — редкое исключение? В момент ее обнаружения более правдоподобным казалось второе.
На протопланетные диски вокруг одной звезды действует одна сила притяжения, а на диски, окружающие двойную звездную систему, — две. Увлекаемые вперед с удвоенным усилием, планетезимали в них разгоняются и сталкиваются на скоростях, исключающих возможность образования новых миров. К тому же, если в процессе формирования или миграции планета оказывается слишком близко к звездной паре, амплитуда колебаний гравитационных сил звезд при их движении вокруг общего центра будет настолько большой, что планета вряд ли сможет удерживаться на стабильной орбите. В итоге она либо угодит в одну из звезд, либо будет навсегда выброшена за пределы системы.
Кажется подозрительным, что Кеплер-16 b находится как раз у этого рубежа стабильности. Разница в размерах звезд системы Кеплер-16 очень велика, из-за чего более массивная звезда располагается вблизи общего центра массы. То есть самое массивное тело в системе «едва шевелится», пока его компаньон и планета движутся по своим орбитам, а значит, действующая на Кеплер-16 b сила гравитационного притяжения практически не меняется. Это может быть одним из факторов, позволивших циркумбинарной планете избежать печальной участи большинства ее родственниц.
Сложные условия формирования — не единственная проблема таких планет. К ним добавляется трудность их обнаружения. Для затменных двойных звезд и так характерно периодическое ослабление блеска, которое куда более выражено, чем то, которое вызывает проходящая планета. Еще одна проблема — пятна на звездах, влияние которых на яркость двойной звезды похоже на влияние проходящей по ее диску планеты.
Из-за неодинаковых интервалов между прохождениями циркумбинарных планет подтвердить, что источником падения яркости является обращающаяся вокруг звезды планета, также совсем не просто. При движении вокруг одиночной звезды время прохождения планеты можно рассчитать с такой высокой точностью, что отклонения от него могут использоваться при поиске скрытых планет. Однако прохождение планеты, обращающейся вокруг двойной звезды, — это прохождение по диску движущегося объекта. Поскольку и планета, и звездная пара находятся в движении, прохождения носят нерегулярный характер. Третье прохождение Кеплер-16 b по диску более яркой из двух звезд произошло на 8,8 суток раньше, чем прогнозировалось исходя из временного промежутка между первыми двумя прохождениями.
