Текущее число экзопланет - количество планет, обнаруженных астрономами на орбите других звезд, - составляет 312. Это много планет. Но это могло бы помочь, если бы мы точно знали, где искать. Новое исследование с использованием суперкомпьютерного моделирования пыльных дисков вокруг звезд, похожих на солнце, показывает, что планеты почти такого же размера, как Марс, могут создавать структуры в пыли, которые могут обнаружить будущие телескопы. Исследование указывает на новый путь в поиске обитаемых планет. «Может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем непосредственно изобразить планеты, похожие на землю, вокруг других звезд, но до этого мы сможем обнаружить декоративные и красивые кольца, которые они высекают в межпланетной пыли», - говорит Кристофер Старк, ведущий исследователь исследования. в университете штата Мэриленд, колледж-парк.
Работая с Марком Кучнером в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, Старк смоделировал, как 25 000 частиц пыли реагировали на присутствие одной планеты - от массы Марса до пятикратной массы Земли - вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу. Используя суперкомпьютер NASA Thunderhead в Годдарде, ученые провели 120 различных симуляций, которые варьировали размер частиц пыли, а также массу и орбитальное расстояние планеты.
«Наши модели используют в десять раз больше частиц, чем предыдущие модели. Это позволяет нам изучать контраст и формы кольцевых структур », - добавляет Кучнер. Исходя из этих данных, исследователи картировали плотность, яркость и тепловую сигнатуру, полученные в результате каждого набора параметров.
«Широко признано, что планетные системы, в том числе и наша, содержат много пыли», - добавляет Старк. «Мы собираемся положить эту пыль на нас».
Большая часть пыли в нашей солнечной системе образуется внутри орбиты Юпитера, так как кометы крошатся вблизи Солнца и сталкиваются астероиды всех размеров. Пыль отражает солнечный свет и иногда может быть замечена как свечение неба в форме клина - так называемый зодиакальный свет - до восхода солнца или после захода солнца.
Компьютерные модели учитывают реакцию пыли на гравитацию и другие силы, включая свет звезды. Звездный свет оказывает небольшое сопротивление на мелкие частицы, что заставляет их терять орбитальную энергию и дрейфовать ближе к звезде.
«Частицы закручиваются внутрь, а затем временно задерживаются в резонансах с планетой», - объясняет Кучнер. Резонанс возникает всякий раз, когда орбитальный период частицы представляет собой отношение малых чисел, например две трети или пять шестых, планетарного числа.
Например, если пылевая частица совершает три орбиты вокруг своей звезды каждый раз, когда планета совершает одну, частица неоднократно будет ощущать дополнительный гравитационный рывок в той же точке на своей орбите. Какое-то время этот дополнительный толчок может компенсировать силу сопротивления от звездного света, и пыль может осесть в тонких кольцеобразных структурах.
«Частицы движутся по спирали к звезде, попадают в ловушку в одном резонансе, выпадают из нее, спиральны еще в некоторых, оказываются в ловушке в другом резонансе и так далее», - говорит Кучнер. Для учета сложного взаимодействия сил на десятки тысяч частиц требовалась математическая мощность суперкомпьютера.
Некоторые ученые отмечают, что присутствие большого количества пыли может стать препятствием для прямого изображения планет земного типа. В будущих космических миссиях, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (NASA), который сейчас строится и который планируется запустить в 2013 году, и предлагаемый Искатель земных планет - будут изучаться близлежащие звезды с пыльными дисками. Модели, созданные Штарком и Кучнером, дают астрономам предварительный просмотр структур пыли, которые сигнализируют о наличии скрытых в остальном мире.
«Наш каталог поможет другим определить массу и орбитальное расстояние планеты, а также доминирующие размеры частиц в кольцах», - говорит Старк.
Старк и Кушнер опубликовали свои результаты в выпуске Астрофизического журнала от 10 октября. Старк опубликовал в Интернете свой атлас симуляций экзо-зодиакальной пыли.
Источник: Центр космических полетов Годдарда
