Сколько планет в нашей Галактике?

Международная исследовательская группа попыталась дать ответ на этот вопрос.

Сколько планет в нашей Галактике? Еще недавно ответ на этот очень важный вопрос лежал в области догадок. Двадцать лет назад нам была известна только одна планетная система в Галактике — наша собственная. Что касается планетных систем других звезд, то мы могли лишь с разной степенью уверенности предполагать их существование. Лишь некоторые разрозненные соображения, связанные как с развитием нашей Солнечной системы, так и с эволюцией Вселенной, указывали на то, что и вокруг других звезд должны существовать планеты, подобные Земле, Марсу или Юпитеру.

В 1995 году была открыта первая планета вокруг нормальной звезды (звезды Главной последовательности), а теперь в копилке астрономов числится более 700 достоверно подтвержденных планет у других звезд. У некоторых из этих очень далеких тел ученые сумели изучить спектр и даже проанализировать их атмосферы! И все же, несмотря на впечатляющие успехи наблюдательной астрономии, оценить общее количество планет в Галактике до самого последнего времени не представлялось возможным.

Далекая сестра Земли. Сколько таких планет в Галактике? Источник: ESO

Дело в том, что наиболее успешные в настоящее время способы обнаружения экзопланет (так называют планеты вне Солнечной системы ) имеют свои ограничения. Сегодня большинство экзопланет найдено путем анализа гравитационного воздействия планеты на свою звезду, либо по ослаблению света звезды в момент, когда планета проходит между звездой и наблюдателем и происходит небольшое затмение звезды (такие планеты называются «транзитными»). Оба эти метода оказываются гораздо более чувствительны к тем планетам, которые либо имеют большую массу, либо расположены близко к своей звезде, либо совмещают оба этих свойства. Поэтому многие планеты остаются незамеченными. Срабатывает эффект наблюдательной селекции, из-за которого статистический подсчет общего числа планет в Галактике дает большую погрешность.

Поэтому астрономы осуществили поиск экзопланет совершенно другим методом — методом гравитационного микролинзирования. Эта техника позволяет обнаруживать планеты в широком диапазоне масс, и такие, которые лежат гораздо дальше от своих звезд, что позволяет более точно оценить общее число планет в нашей звездной системе. Результаты кропотливого шестилетнего труда международной группы изложены в статье, которая была опубликована в журнале Nature в 2012 году, а также в специальном пресс-релизе Европейской южной обсерватории.

Вот что в нем говорится.

«Арно Кассан (Arnaud Cassan, Institut dʼAstrophysique de Paris), ведущий автор статьи в Nature, объясняет: «Мы искали признаки существования экзопланет по накопленным за шесть лет данным наблюдений явлений микролинзирования. Полученные нами результаты замечательным образом свидетельствуют о том, что в нашей Галактике планет больше, чем звезд. Мы также обнаружили, что более легкие планеты, которые можно назвать «сверх-Землями» или «холодными Нептунами», должны встречаться чаще, чем более тяжелые».

Астрономы использовали наблюдательные данные, предоставленные группами PLANET и OGLE. Эти наблюдения позволяли зарегистрировать экзопланеты на основании следующего физического эффекта: гравитационное поле центральной звезды в сочетании с полем планет, возможно, окружающих эту звезду, действует как линза, усиливающая блеск звезды фона. Если у звезды, которая служит гравитационной линзой, имеется планета, то эта планета может внести заметный вклад в увеличение блеска фоновой звезды.

Жан-Филипп Болье (Jean-Philippe Beaulieu, Institut d’Astrophysique de Paris), руководитель совместного исследовательского проекта PLANET, добавляет: „Совместный проект PLANET был задуман с целью отследить перспективные события микролинзирования при помощи всемирной сети телескопов, размещенных в южном полушарии, от Австралии и Южной Африки до Чили. Телескопы ESO внесли в эту базу данных огромный вклад“.

Микролинзирование – очень мощный инструмент, с помощью которого потенциально возможно регистрировать экзопланеты, необнаружимые никакими другими методами. Но для того, чтобы заметить событие микролинзирования, требуется очень редко встречающееся взаимное расположение фоновой и линзирующей звезды. А чтобы при этом можно было зарегистрировать наличие планеты, вдобавок к этому необходима определенная ориентация планетной орбиты.

Хотя по этим причинам поиск планет методом микролинзирования – задача очень непростая, во всем массиве данных, накопленных за шесть лет в проектах PLANET и OGLE, было зарегистрировано три экзопланеты: «сверхземля» и две планеты с массами, сравнимыми с массами Нептуна и Юпитера. При ограничениях метода микролинзирования это впечатляющий улов! Либо астрономам так невероятно повезло с этими тремя планетами, будто они выиграли миллион в рулетку, либо планеты так распространены в Млечном Пути, что наткнуться на них — дело почти неизбежное

Следующим шагом исследователей было объединение информации о трех удачных случаях обнаружения экзопланет с еще семью обнаружениями, сделанными ранее, а также с огромным количеством случаев в шестилетнем объеме данных, когда экзопланет обнаружено не было — эти гораздо более многочисленные неудачные исходы измерений в статистическом смысле так же важны, как и немногочисленные удачные. Статистический анализ привел к выводу, что одна из каждых шести исследованных звезд обладает планетой с массой, сравнимой с Юпитером, у половины звезд имеются планеты размеров Нептуна, и у двух третей звезд есть сверхземли. Обзор был чувствителен к планетам в диапазоне расстояний между 75 миллионами и 1.5 миллиардами километров от центральной звезды (в Солнечной системе это соответствует интервалу расстояний, в котором находятся орбиты всех планет от Венеры до Сатурна) и с массами в диапазоне от пяти масс Земли (сверхземли) до десяти масс Юпитера».

И все же: сколько планет в нашей Галактике?

Полученные результаты свидетельствуют, что среднее число планет вокруг случайно взятой звезды в нашей Галактике больше одной. И бо́льшая часть этих планет — сверхземли. Если вспомнить, что в Млечном Пути сотни миллиардов звезд, то речь идет о сотнях миллиардах и даже триллионах планет!

«Когда-то мы думали, что Земля может быть уникальным объектом в Галактике. Но сейчас похоже на то, что вокруг звезд Млечного Пути обращаются буквально миллиарды планет с массами, близкими к массе Земли» — заключает Дэниел Кубас (Daniel Kubas), второй ведущий соавтор статьи. Планеты – правило, а не исключение.

Эта забавная иллюстрация подчеркивает, насколько распространены планеты в нашей Галактике. В среднем каждая звезда имеет одну или более планет с массой от 5 масс Земли и выше. А сколько существует планет меньшей массы, например, таких, планет, как Земля? Судя по всему, еще больше. Но точные оценки астрономам еще только предстоит провести. Фото: ESO/M. Kornmesser