На протяжении большей части истории человечества мы знали только о тех планетах, которые были видны невооруженным глазом (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). Мы обнаружили, что эти светящиеся точки на небе отличались от других звезд тем, что они не были неподвижными, а блуждали. Изобретение телескопа и его использование в астрономии позволили нам изучить планеты и увидеть, что они являются самостоятельными мирами, добавив к этому списку Уран, Нептун и Плутон. С тех пор Плутон был переклассифицирован в категорию карликовых планет, и к списку добавились еще четыре, и многие другие, более вероятные.
Конечно, астрономы подозревали, что наша солнечная система не уникальна и, следовательно, у других звезд, вероятно, есть свои планеты. Первое наблюдение диска из материала вокруг другой звезды было проведено в 1984 году, что подтвердило идею образования планет вокруг других звезд. Первые экзопланеты (так называются планеты за пределами нашей Солнечной системы) были обнаружены в 1992 году на орбите пульсара. В 1995 году была открыта первая планета, вращающаяся вокруг звезды главной последовательности (подобной нашей). Это подтвердило возможность существования планетных систем, теоретически способных поддерживать органическую жизнь. На сегодняшний день подтверждено существование более 4000 экзопланет.
Наиболее распространенным методом обнаружения экзопланет является транзитный метод. В системах, где плоскость планетарных орбит совпадает с углом обзора с Земли, вращающиеся планеты будут проходить перед своей родительской звездой. Астрономы измеряют то, что они называют “кривой блеска” звезды, и когда планета проходит транзитом, кривая блеска опускается, а затем возвращается к исходному значению. Исходя из этого, они могут определить размер и расстояние до планеты. Если орбита достаточно короткая, они могут подтвердить наличие экзопланеты и измерить год ее существования, обнаружив несколько транзитов.
Другой метод заключается в измерении пути, который звезда проходит по орбите вокруг галактики. Планеты будут гравитационно притягиваться к своей родительской звезде (все подобные объекты вращаются вокруг общего центра тяжести), поэтому звезды с планетами будут колебаться. Если планета достаточно массивна, мы можем обнаружить это колебание и сделать вывод о наличии планеты. Еще один метод заключается в непосредственном наблюдении за планетой, тщательно закрывая звезду, чтобы можно было увидеть отраженный свет планеты, свободный от яркого солнечного света. Наконец, существует метод микролинзирования, который использует принцип гравитационной линзы Эйнштейна. Когда планета проходит перед далекой звездой, свет от этой звезды может на короткое время стать ярче. Сложность этого метода заключается в том, что микролинзирование – это единичные непредсказуемые события.
С увеличением расстояния все эти методы становятся более сложными. По этой причине астрономы в основном сосредоточились на относительно близких звездах. Единственный метод из этих четырех, который потенциально может быть полезен для поиска экзопланет за пределами галактики Млечный Путь, – это микролинзирование. В 2009 году с помощью микролинзирования была обнаружена возможная экзопланета в соседней с нами галактике Андромеда. Но, опять же, это единичные случаи, поэтому подтвердить это наблюдение невозможно.
Однако астрономы, возможно, нашли другой способ обнаружить внегалактическую экзопланету – используя транзитный метод, но не для видимого света, а скорее для рентгеновских лучей. Потенциальная планета находится в галактике Водоворот (M-51), на расстоянии 28 миллионов световых лет от нас. Звездная система, которую они наблюдают, состоит либо из нейтронной звезды, либо из черной дыры со звездой-компаньоном, которая снабжает ее материалом. В результате этого процесса образуются рентгеновские лучи, которые мы можем обнаружить с Земли. У использования метода прохождения с рентгеновскими лучами есть два больших преимущества. Во-первых, в типичной галактике гораздо меньше источников рентгеновского излучения, чем в звездах (десятки против сотен миллиардов). В то время как все звезды расположены в тесноте и их невозможно рассмотреть, источники рентгеновского излучения разбросаны и могут быть.
Другим преимуществом является то, что источник рентгеновского излучения от питающей черной дыры или нейтронной звезды относительно невелик. Если система расположена правильно, транзитная планета может блокировать большую часть или даже все рентгеновские лучи, видимые с Земли. Именно это и произошло – кривая блеска рентгеновских лучей упала до нуля, что продолжалось около трех часов. Исходя из этой кривой блеска, астрономы подсчитали, что планета, вероятно, размером с Сатурн и обращается по орбите на расстоянии, вдвое большем, чем у Сатурна. Однако период обращения планеты вокруг своей оси составляет около 70 лет, поэтому потребуется столько же времени, чтобы пронаблюдать еще один транзит для подтверждения.
Это редкое совпадение, но, к счастью, Вселенная велика. Астрономы наблюдали за источниками рентгеновского излучения в трех разных галактиках, чтобы найти один из них с транзитом. Существуют миллиарды других кандидатов, так что они могут продолжать поиски.
О чем нам все это говорит? Мы не отправимся на М-51 в ближайшее время (возможно, никогда), так что кого волнует, что в этой галактике есть планета, которую время от времени пронизывают рентгеновские лучи? На данный момент целью поиска экзопланет является создание базы данных, чтобы астрономы могли лучше понять, как формируются планеты и при каких условиях. Сколько планет, вероятно, существует, и каковы их размеры и расстояния от их звезд? Используя микролинзирование, мы можем даже искать планеты-изгои, которые не вращаются вокруг звезд. Насколько типична конфигурация планет Земли и сколько существует планет, способных поддерживать органическую жизнь?
