Снимок Subaru: планета HIP 54515 b (указана стрелкой). Звезда скрыта маской (контур пунктиром), её место отмечено «стрелкой».
Астрономы, использующие телескоп «Субару» на Гавайях, в рамках программы OASIS совершили важное открытие, обнаружив массивную планету и коричневого карлика на орбитах вокруг далёких звёзд. Эта программа уникальна тем, что интегрирует высокоточные астрометрические данные миссий Hipparcos и Gaia Европейского космического агентства с передовой коронографической визуализацией на «Субару» с помощью системы SCExAO. Такой подход позволяет эффективно находить ранее скрытые массивные объекты, которые практически невозможно было обнаружить прямыми методами из-за их чрезвычайно низкой яркости по сравнению с материнскими звёздами.
Особое значение имеет открытие коричневого карлика HIP 99718 B. Этот объект обладает свойствами, которые делают его идеальной целью для будущих наблюдений с космического телескопа «Роман» НАСА. До сих пор у астрономов не было подтверждённой цели, удовлетворяющей всем требованиям для тестирования коронографов — технологий, необходимых для прямого изображения землеподобных планет, чья яркость может быть в десять миллиардов раз меньше, чем у их звёзд. HIP 99718 B, находящийся на подходящем расстоянии от яркой звезды, позволяет провести такие испытания с беспрецедентной точностью.
Эти результаты демонстрируют, что сочетание космической астрометрии и наземной адаптивной оптики открывает новые возможности в поиске и характеристике экзопланет и субзвёздных объектов. Программа OASIS подтверждает, что даже в условиях появления новых орбитальных телескопов наземные обсерватории, такие как «Субару», продолжают играть ключевую роль в решении самых сложных задач астрофизики.
Международная коллаборация астрономов из Китая, США, Европы и Мексики готовят масштабное исследование с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Их цель — подтвердить или опровергнуть существование экзотического спутника, вращающегося вокруг коричневого карлика HD 206893 B. Этот проект может коренным образом изменить наши представления о формировании планетных систем и классификации небесных тел.
Объектом исследования является сложная и богатая система в созвездии Козерога, удаленная от нас на 133,091 световых года. В ее центре находится звезда HD 206893 A — бело-желтый карлик спектрального класса F5V, чья масса и размеры примерно на 25% превышают солнечные. Система известна наличием массивных поясов обломков, похожих на пояс Койпера в нашей Солнечной системе, но значительно более плотных. На периферии системы, на расстоянии около 79 астрономических единиц (а.е.), находится кандидат в планеты-гиганты HD 206893 ABc массой примерно 1,4 массы Юпитера.
Главный интерес ученых сосредоточен на объекте HD 206893 B — коричневом карлике, вращающемся вокруг главной звезды на расстоянии 9,85 а.е. (что сравнимо с расстоянием от Солнца до Сатурна). Его масса, равная 21 массе Юпитера, помещает его в интересную «серую зону» между самыми массивными газовыми гигантами и самыми легкими звездами. Он слишком массивен, чтобы считаться планетой, но недостаточно массивен для запуска устойчивых термоядерных реакций синтеза гелия в ядре.
В ходе предыдущих наблюдений с помощью наземных телескопов и «Уэбба» астрономы под руководством Юнь Вана обнаружили интригующие намёки на наличие у этого коричневого карлика собственного массивного компаньона. Данные спектроскопии и астрометрии указывают на объект с расчетной массой около 0,8 массы Юпитера, вращающийся вокруг HD 206893 B на очень тесной орбите — всего 0,21–0,26 а.е. (примерно половина расстояния от Меркурия до Солнца). Предварительный анализ показывает, что его орбита может быть сильно наклоненной, возможно, близкой к полярной.
Это открытие порождает фундаментальный вопрос терминологии: можно ли такой объект называть «луной»? Традиционно лунами считаются спутники, обращающиеся вокруг планет. Коричневый карлик — это не планета, а неудавшаяся звезда. Поэтому многие астрономы предлагают более точный, хотя и более громоздкий термин — «спутник субзвездного объекта». Масса кандидата (≈0.8 M_J) также стирает грань между понятиями «спутник» и «компонент двойной системы». Для сравнения, самый массивный спутник в Солнечной системе, Ганимед, легче Юпитера в 12 000 раз.
Хотя текущие данные обнадеживают, команда Вана избегает громких заявлений об открытии. Сигнал слаб, и требуется его однозначное подтверждение и независимая верификация. Ключевой этап намечен на 2027 год. К тому времени орбитальное движение HD 206893 B и его возможного спутника значительно изменят их взаимное положение, что позволит «Уэббу» зафиксировать изменения в спектре и траектории и окончательно подтвердить или опровергнуть его существование.
Если гипотеза подтвердится, это будет первое в истории открытие спутника у коричневого карлика. Оно предоставит бесценные данные для проверки моделей формирования планет и звезд в двойных системах, особенно в таком редком и экстремальном массовом соотношении. Это откроет новую главу в астрономии, посвященную изучению лун в совершенно чуждых нам мирах.
Представьте себе пять дельфинов, которые каждую ночь выпрыгивают из воды посреди безбрежного океана в ритме, частота которого равна ритму приливов/отливов, делённому на ритм нереста осетровых. В надежде, что кто–нибудь над водой когда–нибудь заметит это и поймёт, что дельфины разумны. Ведь ритм приливов и отливов знают все разумные существа, и ритм нереста осетровых — это основы основ, о которых знает весь Океан.
И у них тоже есть программа SETI по поиску разумных существ, которые каждый день выпрыгивают из воды в надежде обнаружить, что кто–нибудь выпрыгивает из воды в постоянном ритме. Конечно, они не могут не заметить, что и под водой, и над водой плавают какие–то деревянные и железные штуки. Но они ведь не выпрыгивают туда–сюда, значит неразумны.
Охота за обитаемыми планетами скоро выйдет на новый уровень. Долгое время ученые ориентировались на «зону Златовласки» — регион, где не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды. Однако будущие миссии, такие как Обсерватория обитаемых миров (HWO), позволят копнуть гораздо глубже. В новой работе исследователи предложили принципиально новый подход: чтобы найти жизнь, нужно изучить детство планеты — условия ее формирования.
Ключ к разгадке лежит в четырех «столпах» обитаемости. Это фундаментальный химический состав (магний, железо, кремний, кислород), обилие летучих элементов-кирпичиков жизни (CHNOPS), размер металлического ядра и внутренний «тепловой двигатель». Именно эти факторы, заложенные миллиарды лет назад, определяют, будет ли у планеты тектоника плит, мощное магнитное поле и стабильный климат.
Особенно важен хрупкий баланс летучих веществ, который создает новую, невидимую зону Златовласки. Слишком мало летучих веществ — и планета станет безжизненной пустыней, как Меркурий, но с сильным магнитным полем. Слишком много — и она повторит судьбу Марса: с богатой химией, но беззащитная перед звездным ветром из-за слабого магнитного щита. Земля, по счастливой случайности, оказалась в идеальном равновесии.
Новая обсерватория HWO, запуск которой ожидается в 2040-х, станет первым инструментом, способным провести такую комплексную диагностику. Она будет искать не просто воду, а спектральные следы вулканической активности, признаки магнитного поля и химический состав звезды-хозяина. Это позволит не просто находить планеты в нужном месте, а отбирать миры с правильной историей для потенциального зарождения жизни.
Ученые-экзопланетологи из США и Китая исследовали планеты TOI-199 Ab и TOI-199 Ac, открытые в 2023 году. Эти миры выделяются аномально низкой плотностью для своих температур: TOI-199 Ab (51,85 °C) имеет плотность 0,398 г/см³, а TOI-199 Ac в зоне обитаемости (−38,3 °C) — всего 0,35 г/см³. Радиус TOI-199 Ac сопоставим с Сатурном, но масса — лишь 89,014 земных масс. Возможно, у этих планет нет твердого ядра, что делает их крайне "воздушными".
Такие объекты, известные как суперпуффы, включают Кеплер-51 d (плотность 0,0448 г/см³), HIP 41378 f, Кеплер-79 d, Кеплер-87 c, Кеплер-117 c и TOI-4507 b. Некоторые гипотезы предполагали, что это искусственные структуры инопланетян, но данные телескопа "Уэбб" и других инструментов подтверждают их естественное происхождение. Анализ атмосферы Кеплер-51 d выявил метан и, возможно, аммиак. Вероятно, планеты подверглись сильному ультрафиолетовому облучению от звезды, что привело к потере атмосферы и огромным радиусам. Это делает суперпуффы "лабораториями" для изучения атмосферных процессов.
Система TOI-199 (также TIC 309792357, CPD-60 412) в созвездии Золотая Рыба находится на расстоянии 331,809 световых лет. Она включает красный карлик TOI-199 B на 1016 а.е. от главной звезды; планет у него пока не найдено. Ранее сообщалось о горячем юпитере у TOI-199 A, но это, вероятно, ошибка из-за звездной активности.
Ученые разработали прогностическую модель для выявления перспективных источников радиоизлучения, возникающего при взаимодействии звезды и ее планеты.
В рамках исследования взаимодействия звезды и планеты установлено, что активность звезды, в частности, распространение альвеновских волн (Alfvén waves, обозначенных зелёным цветом), приводит к ускорению электронов до релятивистских скоростей (обозначенных красными окружностями), что, в свою очередь, генерирует циклотронное радиоизлучение (изображено красным конусом), — процесс, смоделированный посредством трёхмерного МГД-моделирования звёздного ветра, использующего модели AWSoM и WindPredictAW в сочетании с кодом ExPRES для предсказания радиоизлучения, индуцированного взаимодействием звезда-планета.
Предложенная методика использует трехмерное магнитогидродинамическое моделирование и данные ZDI-картирования для предсказания и приоритезации наблюдений за радиоизлучением от взаимодействующих звезд и экзопланет.
Несмотря на теоретическую предсказуемость радиоизлучения, вызванного взаимодействием звезда-планета (SPI), его надежное обнаружение за пределами Солнечной системы остается сложной задачей. В работе, озаглавленной 'A predictive framework for realistic star planet radio emission in compact systems', предложен новый подход к прогнозированию и приоритизации целей для наблюдений радиоизлучения SPI, основанный на трехмерном магнитогидродинамическом моделировании и картах, полученных с помощью магнитографического доплеровского отображения (ZDI). Данный фреймворк позволяет оценить частоты и мощности радиоизлучения, идентифицируя системы, наиболее перспективные для детектирования современными и будущими радиотелескопами. Сможет ли этот подход открыть новую эру в исследовании магнитных взаимодействий между звездами и экзопланетами и расширить наши знания о планетарных системах?
Звездные объятия и планетарная судьба: Магнитные связи
Взаимодействие между звездами и планетами посредством магнитных полей, известное как звездное планетарное взаимодействие (SPI), все чаще рассматривается как ключевой фактор, определяющий возможность существования жизни на планетах. Прогнозирование и понимание радиоизлучения, возникающего в результате SPI, представляет собой сложную задачу, обусловленную переплетением характеристик звездного ветра, топологии магнитного поля и особенностей самой планеты. Традиционные методы моделирования часто оказываются неспособными обеспечить точные предсказания, что требует применения передовых вычислительных техник для надежного описания и анализа этих взаимодействий.
Сравнение потока Пойнтинга для HD 179949 и HD 189733 демонстрирует, что изменения в звездном ветре влияют на радиоизлучение, вызванное взаимодействием звезда-планета, при этом HD 189733 характеризуется более высоким общим давлением звездного ветра, чем HD 179949.
Моделирование Звездной Среды: От Карт ZDI к Симуляциям Ветра
Точные модели звездного ветра имеют решающее значение для понимания спиральных структур в коронах звезд (SPI), и эти модели опираются на надежные входные данные, в частности, на карты магнитного поля, полученные с помощью метода Зеемана-Допплеровской визуализации (ZDI). Трехмерные магнитогидродинамические (МГД) модели, такие как AWSoM и WindPredict-AW, позволяют моделировать звездную ветровую среду, обеспечивая динамический фон для изучения SPI. Эти симуляции требуют значительных вычислительных ресурсов, но позволяют детально исследовать поверхность Альвена и ее роль в направленном потоке частиц. Анализ положения и формы этой поверхности имеет критическое значение для понимания формирования и эволюции спиральных структур, а также для оценки скорости и направления потока заряженных частиц от звезды.
Моделирование звездных ветров вокруг звезд типов F и K показывает, как магнитные поля, визуализированные цветом и прозрачностью, соединяют звезды с орбитами планет, демонстрируя разную топологию и давление ветра в зависимости от типа звезды.
Прогнозирование Радиоизлучения: От ECMI до Модели ExPRES
Одним из ключевых механизмов генерации радиоизлучения в системах звезда-планета является электронно-циклотронная мазерная неустойчивость (ECMI), возникающая в области взаимодействия энергичных электронов. Для моделирования этого процесса разработан код ExPRES, который рассчитывает видимость радиоизлучения на основе параметров плазмы – напряженности магнитного поля, плотности и энергии электронов. Интегрируя ExPRES со сложными моделями звездного ветра, исследователи получают возможность прогнозировать интенсивность и поляризацию радиосигналов, исходящих от звездных систем с планетами, что открывает новые перспективы в изучении экзопланет и их магнитных полей.
Моделирование звездного ветра в системе Tau Boo демонстрирует связь между звездой и планетой посредством магнитных линий, окрашенных в соответствии с отношением частоты плазмы к циклотронной частоте, что позволяет определить области, где радиоволны могут распространяться или поглощаться, как показано на изображении системы с наклоном 44.5° и позициями радиоисточников на 29 декабря 2010 года.
Радиоизлучение звездных систем: от теории к наблюдениям
Применение разработанных моделей к звездным системам, таким как Tau Boo, HD 179949 и HD 189733, позволяет проводить непосредственное сопоставление между предсказанным и наблюдаемым радиоизлучением. Ключевую роль в определении интенсивности радиосигналов играет отношение S/B, отражающее соотношение потока энергии звездного ветра Пойнтинга к напряженности магнитного поля. Данное исследование демонстрирует комплексный подход, объединяющий трехмерные МГД-модели звездного ветра, карты магнитного поля, полученные методом ZDI, и коды расчета радиоизлучения для прогнозирования и приоритизации целей в контексте взаимодействия звезда-планета (SPI). В частности, система HD 189733 выделяется как особенно перспективный кандидат для детектирования благодаря прогнозируемой высокой мощности радиоизлучения. Для HD 179949 прогнозируется максимальное угловое возвышение до 88 градусов при наблюдениях с помощью SKA1-Low, в то время как для регистрации сигнала в некоторых случаях требуется наличие у планет магнитного поля напряженностью до 4.1 Гс.
Зависимость радиоизлучения от масштаба взаимодействия звезда-планета, адаптированная из работы Zarka et al. (2018), демонстрирует соответствие теоретическим предсказаниям для систем Tau Boo, HD 179949 и HD 189733 наблюдаемым значениям в Солнечной системе, при этом диапазон возможных значений определяется силой магнитного поля планеты.
Представленное исследование, стремясь предсказать радиоизлучение в компактных звездных системах, напоминает о хрупкости любой модели перед лицом безмолвной вселенной. Подобно тому, как магнитные поля, изучаемые посредством ZDI-карт, формируют взаимодействие звезда-планета, так и любое теоретическое построение ограничено доступными данными и упрощениями. Как однажды заметил Никола Тесла: «Самое главное – не отворачиваться от задачи, даже если она кажется невозможной». Это высказывание применимо и к данной работе, поскольку предсказание радиоизлучения, вызванного взаимодействием звезда-планета, требует смелых предположений и постоянной проверки гипотез перед лицом космической тишины. Моделирование магнитогидродинамических процессов, описанное в статье, является лишь попыткой проникнуть за горизонт событий нашего незнания.
Что же дальше?
Представленная работа, безусловно, предлагает элегантный способ предсказать, где искать радиосигналы от взаимодействия звезды и планет. Однако, не стоит обольщаться, будто эта предсказательная конструкция – нечто большее, чем очередная карта, на которой неизбежно появятся новые, неизученные территории. Ведь горизонт событий всегда ближе, чем кажется, и даже самые точные модели могут рухнуть под натиском новой информации.
Очевидно, что дальнейшее развитие потребует не только более совершенных трехмерных магнитогидродинамических симуляций, но и, что более важно, критической переоценки наших представлений о физике плазмы в экстремальных условиях. ZDI-картирование – ценный инструмент, но он лишь показывает то, что мы уже знаем, или думаем, что знаем. Не исключено, что самые интересные сигналы придут от систем, которые эта модель попросту не предвидит – от тех самых «чёрных лебедей», которые постоянно напоминают о хрупкости любой теории.
В конечном счёте, эта работа – лишь ещё один шаг в бесконечном танце между предсказанием и наблюдением. И, возможно, истинная ценность заключается не в самих предсказаниях, а в смирении, которое приходит с осознанием того, что Вселенная всегда найдёт способ удивить, а теория – это всего лишь удобный инструмент, чтобы красиво запутаться.
Новый прибор PLACID, разработанный швейцарскими исследователями из Бернского университета и Университета прикладных наук Западной Швейцарии (HEIG-VD), улучшает прямую визуализацию планет за пределами Солнечной системы. Он установлен на 4-метровом телескопе Восточно-Анатолийской обсерватории (DAG) в Турции и ожидает первых наблюдений в первом квартале 2026 года. PLACID добавляется к числу инструментов высокой контрастности в Северном полушарии, как представлено на конференции EPSC-DPS2025 Joint Meetingв Хельсинки.
Большинство из почти 6000 известных экзопланет найдены косвенными методами, анализирующими изменения в свете звезд. Прямая визуализация требует коронографа для блокировки звездного света, чтобы выявить планеты, диски или коричневые карлики. До сих пор получены изображения лишь нескольких десятков экзопланет, но они дают ценную информацию о формировании и составе планет, особенно атмосферах.
"PLACID революционизирует коронографию, перенося ее в цифровую сферу", — сказал профессор Йонас Кюн из Бернского университета, руководитель проекта.
Вместо физических пластин PLACID использует пространственный модулятор света (SLM) на основе жидких кристаллов, изменяющий фазу света для каждого пикселя. Это позволяет создавать сложные маски одним нажатием, обеспечивая адаптивность.
"Жидкие кристаллы влияют на прохождение света через пиксели, позволяя отображать любую маску", — пояснил Рубен Тандон, докторант Бернского университета.
PLACID может визуализировать планеты вокруг двойных или кратных звезд (около 50% звезд в галактике), что невозможно для традиционных коронографов. Он адаптирует маску в реальном времени.
"Мы адаптируем маску для любых звездных систем, включая двойные, где нет прямых изображений экзопланет", — добавил Тандон.
Прибор разрабатывался 10 лет, собран в HEIG-VD, протестирован и установлен на DAG в январе 2025 года. Он интегрирован с системой адаптивной оптики для компенсации атмосферных искажений.
"PLACID с нашим телескопом создаст первый полностью европейский инструмент в Северном полушарии для прямой визуализации экзопланет", — заключила Дерья Озтюрк Четни из TNO.
