Науковці з кафедри фізики та астрономії Пенсильванського університету розробили новий метод для кращого розуміння взаємозв’язку між хімічним складом зорі та формуванням планет. Дослідження очолював аспірант Якоб Нібауер (Jacob Nibauer) а спільне керівництво науковою роботою виконував колишній постдок цього університету Ерік Бакстер (Eric Baxter). Результати були представлені на 238-й конференції Американського астрономічного товариства, а також опубліковані в Astrophysical Journal.
Найпоширеніший спосіб пошуку екзопланет — метод транзиту, коли екзопланета рухається між своєю зорею і спостерігачем, спричиняючи поглинання частини світла зорі. Хоча більшість відомих екзопланет астрономи відкрили за допомогою цього методу, його дія обмежена, бо екзопланети можна виявити лише тоді, коли їх орбіта та спостерігач містяться в одній площині й періоди обертання екзопланет малі. Другий за поширеністю спосіб — метод радіальних швидкостей, заснований на ефекті Доплера, має інші обмеження в справі пошуку планет за межами Сонячної системи.
Недосконалість методів спричинила появу питання: якщо біля зорі неможливо виявити планети, то чи можна щось дізнатися про їхнє існування, вивчаючи материнську зорю? Дослідники виявили, що відповідь на це запитання ствердна.
«Ідея полягає в тому, що планети і зорі народжуються з тієї самої газопилової хмари, тому ви можете собі уявити сценарій, коли землеподібна планета “забирає” собі певну кількість матеріалу, збіднюючи атмосферу зорі на ці елементи», — сказав Нібауер. «Мета в тому, щоб відповісти, чи різняться між собою зорі, що мають і не мають планети. І один із способів це зробити — це пошук ознак формування планет у складі зоряної атмосфери. На щастя, склад зовнішніх шарів зорі можна встановити з її спектра, тобто розподілу інтенсивності світла на різних частотах».
Для цього дослідники використали дані Експерименту з галактичної еволюції обсерваторії Апач-Пойнт (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment, APOGEE-2), зосередивши увагу на вмісті п’яти різних елементів у 1500 зорях Молочного. Внесок Нібауера в дослідження полягав у застосуванні Баєсової статистики для вимірювання кількості п’яти «тугоплавких» елементів та формування вибірки зір на основі даних про такий хімічний склад.
Проекція даних, отриманих в Експерименті з галактичної еволюції обсерваторії Апач-Пойнт (APOGEE), на небесну сферу. Помаранчевими точками позначено зорі (вгорі), використані для аналізу хімічного складу, та співвідношення поширеності підмножини хімічних елементів щодо заліза у вибірці зір, схожих на Сонце (знизу). Фото з сайту https://phys.org.
Метод Нібауера дає змогу дослідникам розглядати зорі з низьким співвідношенням сигнал/шум або де фон вимірювання може бути більшим, ніж сигнал від зорі. «Наша методика, замість того, щоб зосередитись на принципі “зоря за зорею”, поєднує вимірювання по всій вибірці. Це дає нам змогу отримувати глобальний розподіл хімічних речовин», — сказав Нібауер. «Тому ми можемо вивчати набагато більші вибірки зір, ніж попередні дослідження».
Дослідники виявили, що в їхньому наборі даних зорі чітко розподілилися на дві популяції. У збіднених зорях, які становлять більшу частину вибірки, відсутні тугоплавкі елементи, як порівняти зі не збідненою популяцією. Це може свідчити про те, що зниклий тугоплавкий матеріал у збідненій популяції зір міститься у землеподібних планетах. Ці результати узгоджуються з даними інших цілеспрямованих досліджень окремих зір, в яких використовують більш точні вимірювання хімічного складу. Однак інтерпретація цих результатів відрізняється від попередніх досліджень тим, що Сонце, як видається, належить до популяції, що становить більшу частину вибірки.
«Попередні дослідження були зорієнтовані на Сонце, тому в них зорі або схожі на нього, або ні, але Джейк розробив методологію групування подібних зір без прив’язки до Сонця», — сказав Бгувнеш Джейн, який також брав участь в дослідженні. «Це вперше, коли метод, що “дозволяв говорити даним”, дав змогу виявити дві популяції. За цими результатами ми змогли розмістити Сонце в одній із них, що виявилася збідненою».
На думку Нібауера це дослідження також забезпечує перспективний шлях для ідентифікації окремих зір, які можуть мати більшу ймовірність наявності біля них планет. «Довгостроковою метою є виявлення великих популяцій екзопланет, і будь-яка методика, яка може встановити ймовірнісне обмеження щодо того, чи може зоря мати планети без потреби застосовувати звичайний метод транзиту, є дуже цінною», — зазначив науковець.
І якщо збіднення зір Молочного Шляху є нормою, це може означати, що більшість із них можуть мати біля себе землеподібні планети. Тобто існує можливість того, що зорі, в яких «відсутні» важкі елементи, просто мають на своїх орбітах екзопланети з твердою поверхнею. «Це було б цікаво, якби це підтвердили майбутні аналізи більших наборів даних», — підсумував Джейн.
За інф. з сайту https://phys.org
