Открыта первая планета в другой галактике

Астрономы обнаружили за пределами Млечного Пути нечто весьма похожее на экзопланету. Если это открытие подтвердится, это будет первая известная планета другой галактики.

Долгожданное открытие?

Человечеству известно около четырёх тысяч экзопланет. Однако все они находятся в Млечном Пути. Более того, почти все они расположены в пределах тысячи световых лет от Солнца, то есть в ближайших по галактическим меркам его окрестностях. Это и понятно: чувствительности современных телескопов просто не хватает, чтобы обнаруживать более отдалённые миры, которые сами по себе не излучают никакого света.

Правда, изредка поступают сообщения об открытии планет за пределами Млечного Пути. Но все такие результаты небесспорны. До сих пор свидетельства о существовании внегалактических экзопланет были настолько косвенными, что учёные даже не могли сказать, вокруг каких именно звёзд обращаются эти небесные тела.

Возможно, теперь астрономы впервые обнаружили внегалактический мир достаточно надёжным способом. Подход, который они применили, очень похож на метод транзитов, подаривший человечеству более 70% известных экзопланет.

Напомним, в чём заключается эта методика. Когда планета проходит между своим солнцем и наблюдателем (это прохождение и называется транзитом), она затмевает собой часть света звезды. Наблюдаемая яркость светила немного снижается. На кривой, показывающей зависимость яркости звезды от времени (кривой блеска), образуется впадина характерной формы. Такие провалы повторяются с каждым оборотом экзопланеты вокруг светила. Они и сигнализируют о существовании далёкого мира.

В данном случае учёные тоже обнаружили транзит на кривой блеска. Только речь идёт не о видимом свете и не об обычной звезде. Характерный провал обнаружился в рентгеновском излучении небесного тела, которое может быть нейтронной звездой или же чёрной дырой.

Падение рентгеновской светимости M51-ULS-1, зафиксированное 20 сентября 2012 года. По вертикальной оси отложена рентгеновская светимость в относительных единицах.
Иллюстрация R. Di Stefano et al., arXiv:2009.08987.

Затмевая миллион солнц

Объект M51-ULS-1 – это очень мощный источник рентгеновских лучей. В одном только рентгеновском диапазоне он излучает в миллион раз больше энергии, чем Солнце на всех длинах волн вместе взятых. Благодаря своей яркости это небесное тело хорошо заметно в земные рентгеновские телескопы, несмотря на то, что находится оно в галактике M51 в 23 миллионах световых лет от Земли. К слову, М51 также известна как Водоворот из-за красивой спиральной формы.

Астрономы считают, что M51-ULS-1 – это нейтронная звезда или же чёрная дыра звёздной массы, вокруг которой обращается обычная звезда. Мощная гравитация патрона буквально вырывает из этого светила потоки газа. Вещество падает на M51-ULS-1 и при этом сильно раскаляется, благодаря чему ярко сияет в рентгеновских лучах.

Обрабатывая данные с рентгеновского телескопа Chandra, учёные наткнулись на нечто странное. 20 сентября 2012 года светимость M51-ULS-1 вдруг начала падать. Она снизилась практически до нуля, а затем вновь восстановилась. Всё явление продолжалось около трёх часов. Как отмечают авторы исследования, этот провал на графике имел симметричную форму, характерную для транзитов.

Слева: изображение галактики М51 в рентгеновских лучах. Справа: изображение в видимом свете области, отмеченной слева белым прямоугольником. Положение объекта M51-ULS-1 отмечено малиновым кругом.
Иллюстрация R. Di Stefano et al., arXiv:2009.08987.

Что это было?

Но рентгеновские источники вообще не так уж стабильны, у них бывают и вспышки, и временные падения яркости. Может быть, перед нами просто очередное проявление такого непостоянства?

Вряд ли, отвечают исследователи. Когда источник снижает светимость сам по себе, это прежде всего отражается на рентгеновских фотонах с высокой энергией, и с заметной задержкой – на более низкоэнергетических квантах. А восстановление прежней яркости происходит в обратном порядке. Однако в данном случае поток фотонов всех энергий менялся синхронно. Очень похоже, что источник излучения временно заслонило какое-то тело.

Если так, то что это был за объект? Специалисты рассчитали, что такой эффект могло бы дать небесное тело размером чуть меньше Сатурна, обращающееся вокруг M51-ULS-1 на расстоянии миллиарда километров (для сравнения: от Земли до Солнца 150 миллионов километров).

Объект таких размеров может быть либо планетой, либо белым карликом. При этом второй вариант весьма маловероятен по нескольким причинам. Во-первых, система M51-ULS-1 слишком молода, чтобы в неё входили белые карлики. Во-вторых, по расчётам авторов, такой объект вызывал бы не уменьшение яркости из-за транзита, а наоборот, её увеличение из-за гравитационного линзирования.

Подводя итоги, учёные делают следующий вывод. Обнаруженное падение рентгеновской светимости M51-ULS-1 – скорее всего, транзит. А тело, вызвавшее этот транзит – скорее всего, планета. И если так, то это первый внегалактический мир, в существовании которого мы можем быть более или менее уверены.

Перспективы

Отметим, что транзит должен повторяться с каждым оборотом экзопланеты. Напрашивается решение: установить постоянное наблюдение за M51-ULS-1 и выяснить, случаются ли регулярные падения светимости. Увы, для этого пришлось бы запастись терпением. По расчётам авторов, период обращения планеты вокруг M51-ULS-1 должен измеряться десятками лет.

Зато у астрономов есть шанс обнаружить множество других транзитов у рентгеновских источников как в Млечном Пути, так и за его пределами. Ведь специалисты раньше просто не искали настолько непродолжительные вариации яркости. А значит, ревизия наблюдательных архивов может принести ещё множество открытий.

via