Як планета змінює гравітаційний сигнал
У двох дослідженнях, про які NASA повідомило 10 листопада, астрофізики описали, як майбутня обсерваторія LISA могла б шукати планети за гравітаційними хвилями. Йдеться про планети в системах, де два білі карлики обертаються один навколо одного. Це теоретично запропонований спосіб спостереження: LISA ще розробляється, тож повідомлення не є звітом про виявлену планету.
Білі карлики — залишки зір, подібних до Сонця, приблизно розміром із Землю. Коли два такі об’єкти перебувають на близькій орбіті, вони генерують гравітаційні хвилі — збурення простору-часу. За розрахунками дослідників, якщо навколо пари обертається достатньо масивна планета, її гравітація спричиняє рух системи. Цей рух залишає додатковий слід у хвилях.
NASA порівнює принцип із методом радіальних швидкостей, яким уже шукають планети навколо зір. У ньому астрономи вимірюють, як рух зорі змінює її спектральні лінії через ефект Доплера. Для гравітаційних хвиль аналогічна зміна, за моделлю команди, проявлятиметься як додаткові компоненти сигналу — на частотах трохи вищих і нижчих за основну. Саме в них може міститися інформація про планету.
Які планети можуть бути помітними
Перша стаття, авторкою якої є дослідниця NASA та Університету Меріленду в окрузі Балтимор Кейсі Макграт, аналізує, за яких мас і орбітальних періодів метод працюватиме найкраще. За оцінкою NASA, LISA зможе виявляти в таких системах планету масою з Юпітер на відстані до тисяч світлових років. Це можливість, передбачена розрахунками, а не гарантована чутливість до кожної планети такого типу.
Астрономи оцінюють, що в Чумацькому Шляху є близько 10 мільйонів подвійних білих карликів із періодами обертання менш як година. Такі системи випромінюють хвилі в діапазоні, який має бути доступний LISA. За прогнозом, обсерваторія розділить приблизно 10 тисяч окремих систем. Окремо дослідники очікують побачити близько сотні змішаних пар, до складу яких можуть входити білі карлики, нейтронні зорі або чорні діри.
Планети вже знаходили біля окремих білих карликів, однак, за даними NASA, підтверджених планет у подвійних системах із білих карликів поки немає. Тому такі знахідки могли б відкрити окрему популяцію екзопланет, недоступну для звичних способів пошуку.
Навіщо потрібне підтвердження
Друга стаття Макграт і співавторів присвячена перевірці можливих знахідок за допомогою космічного телескопа James Webb. Команда пропонує використати його чутливість до інфрачервоного випромінювання. За описом NASA, планета в подвійній системі білих карликів створює більшу частку інфрачервоного світла, ніж очікується від самих зір. Такий підхід, за оцінкою авторів, може допомогти підтвердити планети в системах на відстані кількох сотень світлових років.
Дослідники наголошують, що незалежне підтвердження важливе для відрізнення справжніх планет від хибних сигналів. Отже, потенційне відкриття потребуватиме не лише реєстрації гравітаційних хвиль, а й додаткових спостережень там, де їх зможе провести Webb.
Ідею шукати планети біля подвійних білих карликів за допомогою LISA вперше запропонував японський астроном Наокі Сето у 2008 році. Місією керує Європейське космічне агентство, а NASA надає телескопи, апаратуру та науково-інженерну підтримку. До початку роботи обсерваторії прогноз дослідників ще належить перевірити спостереженнями.
