Ученые установили массу и плотность самой маленькой из экзопланет

В начале года астрономы под руководством Франсуа Буши объявили об открытии самой маленькой планеты, известной науке. Вокруг неприметной красноватой звездочки 12-й величины, расположенной в 500 световых годах в направлении на малоизвестное созвездие Единорога, обращается планета CoRoT-Exo-7b, диаметр которой составляет около 24 тысяч километров -- на 80% больше, чем у Земли.

Рекорд был встречен на ура -- ведь в данном случае речь действительно шла о самой маленькой, а не самой легкой, как это часто бывает, экзопланете. Ее нашел французский космический телескоп CoRoT, заметивший периодические «подмигивания» материнской звездочки. Размер светила уверенно дает теория строения звезд, и поперечник планеты можно вычислить по доле светового потока, которую перехватывает ее непрозрачное тело.

Сразу после открытия астрономы уверенно заявили, что CoRoT-7b должна быть твердой, каменной планетой вроде Земли, а не газовым шаром наподобие Юпитера или Сатурна. Дело в том, что затмения звезды этой планетой повторяются каждые 20 с небольшим часов, а значит, она крутится очень близко к светилу -- всего в 2,5 миллиона километров от его центра; это в 60 раз меньше, чем расстояние от нас до Солнца. Равновесная температура в подсолнечной (если угодно, подзвездной) точке CoRoT-7b -- около двух тысяч градусов, которые бы раздули газовую планету до размеров существенно больших, чем наблюдаемые два диаметра Земли.

Тем не менее, для полной уверенности в «каменности» найденного небесного тела не хватало одной величины -- его плотности. Чтобы ее рассчитать, нужно знать массу, а вот этот параметр определить уже гораздо сложнее. Ученые лишь говорили, что масса CoRoT-Exo-7b должна быть не больше 8-10 земных масс -- в противном случае ее бы уже удалось «взвесить».

Не прошло и года, как и этот параметр стал известен -- пять масс Земли. Такие объекты называют «суперземлями», и по своему строению они могут походить на каменные или льдо-каменные ядра планет вроде Нептуна. В публикуемом в конце октября специальном номере европейского журнала Astronomy & Astrophysics, посвященном результатам исследования на спутнике CoRoT, выйдет статья Дидье Кело из Женевской обсерватории и его коллег, умудрившихся точно измерить массу «самой маленькой планеты».

Масса CoRoT-7b всего в пять раз превосходит земную, а значит, плотность этого небесного тела меньше земной лишь на 15%. На самом деле эти 15% почти укладываются в статистическую погрешность определения массы и радиуса, однако, скорее всего, CoRoT-7b и вправду чуть менее плотна по сравнению с «колыбелью человечества». Не исключено, что это связано с высокой температурой внесолнечной планеты -- при нагревании тела, как известно, расширяются.

С учетом новых данных астрономы оценивают температуру CoRoT-7b в 1,5-2 тысячи градусов по Цельсию на дневной стороне и около –200 на ночной стороне. Так что день на планете плавит камень в лаву, а ночь заставила бы застыть даже земной воздух. Впрочем, скорее всего, день и ночь на планете никогда не меняют друг друга: приливные силы звезды давно развернули к ней CoRoT-7b одной стороной -- подобно тому, как Луна крутится вокруг Земли, повернутая одним и тем же полушарием.

Измерить массу светила было непросто. Для этого астрономам необходимо зарегистрировать периодический сдвиг линий в спектре самой звезды, вызванный притяжением ее небольшого компаньона. Этот сдвиг и так ничтожен -- амплитуда болтаний скорости составляет лишь несколько метров в секунду, при том что типичные скорости движений газа в атмосфере звезды достигают километров в секунду.

Однако в случае с материнской звездой CoRoT-Exo-7b измерение было особенно сложным. Дело в том, что это относительно холодная звезда, а они знамениты своей активностью, которая может быть гораздо более впечатляющей, чем вспышки и протуберанцы на Солнце. Но самое главное -- на ее поверхности есть пятна, также более впечатляющие, чем на нашем собственном светиле. Именно из-за них основной периодический сигнал в движениях спектральных линий приходился на 23 дня, а не орбитальный период планеты. Эти 23 дня -- период вращения звезды; кстати, также сродни солнечному.

Чтобы вычленить планетный сигнал, ученым потребовались в общей сложности 70 часов наблюдений на спектрографе HARPS, присоединенном к телескопу Южной европейской обсерватории на горе Ла-Силья в Чили. Периодический сдвиг линий удалось найти, а по нему несложно было вычислить и массу: наклон орбиты к лучу зрения, через который высчитывается масса, должен быть близок к нулю -- иначе планета время от времени не проходила бы по диску светила.

Кстати, в процессе этих наблюдений выяснился еще один примечательный факт: CoRoT-7b далеко не единственная «суперземля» в своей системе. Масса второй планеты, CoRoT-7c, существование которой давно подозревали из-за нарушений «расписания» прохождений CoRoT-7b по диску звезды, составляет около 8 масс Земли. Так что это тоже «суперземля».

Она обращается вокруг своей звезды за 3 дня и 17 часов, а температура на ее поверхности -- около тысячи градусов по Цельсию; тоже не сахар, но, может, хоть не все камни на ее дневной стороне расплавлены. Оценить радиус CoRoT-7c, с тем чтобы определить ее плотность и состав, пока не представляется возможным -- по диску звезды она не проходит.