Кольца далёких миров: сможет ли TESS разгадать тайны экзопланет?

С момента открытия первой экзопланеты в 1992 году астрономы обнаружили более 5 000 миров за пределами Солнечной системы. Эти планеты поражают разнообразием: от раскалённых газовых гигантов до каменистых суперземель, где, возможно, существуют условия для жизни. Но среди этого многообразия остаётся загадка: есть ли у экзопланет кольца, подобные сатурнианским?

Телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), запущенный NASA в 2018 году, стал ключевым инструментом в поиске таких объектов. В отличие от своего предшественника Kepler, TESS сканирует почти всё небо, фокусируясь на ярких звёздах, что упрощает последующие наблюдения. Однако обнаружение колец — задача куда более сложная, чем поиск самих планет.

Кольца в Солнечной системе и за её пределами

Кольца — не уникальная особенность Сатурна. Все газовые гиганты Солнечной системы обладают подобными структурами, а некоторые астероиды и карликовые планеты, такие как Хаумеа, тоже окружены пылевыми дисками. Кольца формируются из обломков разрушенных спутников или материала, который не смог слиться в луны из-за приливных сил планеты.


В 2012 году астрономы обнаружили экзопланету J1407b, чьи кольца в 200 раз превосходят сатурнианские. Их диаметр достигает 120 млн км, а промежутки между кольцами настолько велики, что в них могла бы поместиться Земля. Однако статус J1407b остаётся спорным: некоторые учёные считают её субзвёздным объектом.

Как TESS ищет кольца?

Метод транзитной фотометрии, используемый TESS, основан на анализе падения яркости звезды при прохождении планеты перед её диском. Если у экзопланеты есть кольца, они создают дополнительные искажения в кривой блеска: например, плавное снижение яркости вместо резкого перепада.

Команда астрономов под руководством Цубасы Умэтани из Токийского столичного университета провела масштабное исследование данных TESS. Они проанализировали 308 близких к звёздам планет, отобранных из-за аномалий в их транзитных сигналах. Для очистки данных учёные использовали алгоритмы, устраняющие шумы, и сравнили модели транзитов с кольцами и без них.

Результаты оказались неоднозначными. Шесть систем показали лучшее соответствие с кольцевыми моделями, но визуальный анализ не выявил явных признаков колец. Учёные установили, что кольца крупнее 1.8 радиуса планеты встречаются редко — менее чем в 2% случаев. Возможно, приливные силы у близких к звёздам планет разрушают кольца или выравнивают их наклон, делая невидимыми для TESS.


Почему кольца так трудно обнаружить?

1. Наклон орбиты. Если кольца расположены «ребром» к наблюдателю, их почти невозможно заметить.
2. Состав. Ледяные кольца, как у Сатурна, отражают больше света, чем тёмные и компактные.
3. Динамика. Приливные силы и гравитация звезды разрушают кольца, особенно у короткопериодических планет.

Интересно, что у экзопланет с длинными орбитальными периодами кольца могут быть стабильнее. Прецессия (постепенное смещение оси) колец способна создавать вариации в глубине транзитов, что упростит их обнаружение в будущем.

Будущие миссии и надежды

Миссия PLATO (ESA), запуск которой запланирован на 2026 год, станет следующим шагом в поиске экзопланет. Её инструменты смогут фиксировать мельчайшие изменения яркости звёзд, что повысит шансы найти кольца.


Кроме того, система PDS 70, где формируются протопланеты с пылевыми дисками, даёт уникальную возможность изучить рождение лун и колец в реальном времени. Наблюдения с адаптивной оптикой MagAO-X уже позволили увидеть, как протопланеты «поглощают» материал из окружающих дисков.

Заключение: Кольца как ключ к тайнам планет

Поиск колец у экзопланет — это не просто научное любопытство. Их наличие может указывать на динамическую историю системы: столкновения спутников, миграцию планет или даже условия для формирования жизни. Например, кольца способны стабилизировать климат, блокируя часть излучения звезды.

Пока TESS не нашёл убедительных доказательств, но каждый новый анализ данных приближает нас к разгадке. Как сказал астроном Дэвид Киппинг, «кольца — это не просто украшение. Это архив, хранящий историю планетной системы».