Телескоп ALMA взбудоражил учёных неожиданными данными

В мире немало хороших телескопов. Есть рейтинг самых больших телескопических систем, куда входят "Хаббл", VLT, Subaru Telescope и другие. У каждого из них свои задачи и возможности. Но, пожалуй, самой сложной из когда-либо построенных на Земле обсерваторий является ALMA. Это большая субмиллиметровая матрица, комплекс радиотелескопов, состоящий из 66 антенн, от семи до 12 метров в диаметре каждая. Они объединены в астрономический радиоинтерферометр. Получаемую с антенн информацию обрабатывают с помощью суперкомпьютера, быстродействие которого составляет 17 квадриллионов операций в секунду.

Команду составляют учёные из США, европейских стран, Чили, Японии и Тайваня. ALMA создана для исследования процессов, происходивших на протяжении первых сотен миллионов лет после Большого Взрыва, когда формировалось первое поколение звёзд. Также с его помощью учёные получают новые данные, объясняющие механизмы эволюции Вселенной. Всего за десять лет с помощью ALMA удалось сделать массу удивительных открытий, приближающих человечество к разгадке главных тайн Вселенной. Уникальность проекта в том, что он рассматривает нашу Вселенную как гигантскую химическую лабораторию, в которой сложные молекулы гигантских газопылевых облаков порождают звёзды и планетные системы. Принципиально важно для науки изучение экзопланет.

Экзопланета — любая планета, находящаяся за пределами Солнечной системы. По состоянию на 17 апреля 2022 года подтверждено существование 5002 экзопланет в 3688 планетных системах, при этом в 818 системах их может быть две и больше. Большинство открытых экзопланет находится в пределах Млечного пути. Если на Земле мы оперируем метрической системой и знаем, что от Москвы до Владивостока — 9200 км, то в масштабах Солнечной системы и Млечного пути удобнее использовать астрономические единицы, где одна а.е. равна 149,6 млн км. Хотя до Луны совсем пустяк — 400 000 км, и тут ещё можно применить метрическую систему.

Экзопланеты, находящиеся за границами Млечного пути, называют внегалактическими. Здесь для измерения расстояния принято использовать световые годы. Один световой год равен 63 241,077 а.е. На сегодняшний день экзопланеты обнаружены в галактике Андромеды (удалена на 2,52 млн световых лет от Земли), в звёздной системе HIP 13044 b (2200 световых лет от Земли), в галактике Водоворот (23 миллиона световых лет). Для сравнения: расстояние от Марса, который так жаждет колонизировать Илон Маск, до Земли — от 3 до 24 световых минут. До звезды Проксима Центавры, возле которой, предположительно, есть планета земного типа Проксима Центавра b с источниками воды, лететь четыре световых года.

Первую экзопланету открыли в 1992 году. Сделать это раньше не позволяло несовершенство телескопов. Открывать звёзды вообще проще: многие из них светятся, а экзопланеты, как правило, тусклые. Представим себе включённую электрическую лампочку, на которую налипла пылинка. Вот пылинка — это экзопланета, а лампочка — звезда. К счастью, современные телескопы такие мощные, что экзопланеты открывают ежедневно, другое дело, что много времени уходит на подтверждение и прочие научно-бюрократические операции.

И тут возникает вопрос: для чего нужны такие усилия? Землю до конца не изучили, а лезем за пределы Млечного пути. Ответ прозвучит намного интереснее, чем любая вводная лекция об эволюции экзопланет. Изучать экзопланеты нужно для того, чтобы узнать, одни мы, люди, во Вселенной, или есть ещё кто-то из разумных существ где-нибудь на задворках. К тому же среди экзопланет немало "возрастных", то есть по сравнению с которыми планеты Солнечной системы — дети и подростки.

Наблюдая за такими экзопланетами, можно путём сопоставления данных спрогнозировать судьбу Земли и Солнечной системы, что по факту — одно и то же: коллапсирует Солнечная система — не станет и нас. С другой стороны, есть молодые звёздные системы и экзопланеты, и по ним можно изучать эволюцию Вселенной, в том числе этапы, которые проходила Солнечная система. По сравнению с ними наши планеты — уже деды и прадеды.

И, наконец, самое главное: изучая свойства экзопланет и открывая новые, человечество увеличивает шанс наткнуться в один прекрасный день на планету, пригодную для колонизации. Более пригодную, чем Марс. И, кстати, кандидаты на эту роль уже есть. Это Gliese 581 g, Kepler 438b, Kepler 442b, Kepler 62e и 62f, Kepler 452b, уже упомянутая Проксима Центавра b.

Возвращаясь к открытию, обнародованному в мае 2022 года. Учёные обсерватории ALMA пристально наблюдали за звёздными системами в созвездии Змееносца. Это 390 млн световых лет от Земли. Там происходит много интересного. К примеру, два года назад там случился самый мощный выброс энергии со времён начала расширения Вселенной. Всему виной чёрная дыра в активном ядре галактики. Но речь сейчас не об этом. В созвездии Змееносца есть двойная звёздная система SR 12 AB.

Интересна она тем, что там есть протопланета SR 12c — экзопланета, проходящая начальный эволюционный путь. Молодая, но большая, правда, не очень тёплая. Она равна 11 массам Юпитера. Температура SR 12c равна 2600 кельвин, или, если округлить, 10 градусам Цельсия. Жить можно. На сегодняшний день это планета с одной из самых широких орбит.

Что открыл учёный Я-Линь У, наблюдая за системой в течение июля 2021 года? Что SR 12c окружена пылевым диском, радиус которого меньше 5 а.е. Известно, что планеты Солнечной системы образуются из газа и пыли, оставшейся после "строительства" Солнца. SR 12c — не исключение, она порождение звёздной системы SR 12 AB (A и B — две звезды двойной системы).

Что поражает, так это компактность и энергоёмкость протопланетного диска, открытого учёным. Она растёт на глазах за счёт газа, который содержится в этом диске-резервуаре. И наблюдение за этой системой и развитием протопланеты должно стать поистине увлекательнейшим занятием не только для учёных, но и для обычных жителей Земли на ближайшие годы. Несмотря на то что открыты уже тысячи планет, таких как SR 12 AB, то есть с двойной звёздной системой, — на порядок меньше, чем одинарных. А хорошо изученных — всего одна, PDS 70. Теперь к ней может присоединиться экзопланета SR 12c. На очереди также изучение атмосферы и химического состава этой экзопланеты, сопоставление с условиями жизни на Земле.

— Изучая околопланетные диски вокруг крупных протопланет и определяя их свойства, мы исключим лишние данные из имеющихся моделей формирования планет-гигантов и их спутников, что позволит выполнять более точные расчёты, а в дальнейшем — расширять карту уникальных экзопланет, — отметил астроном Я-Линь У.

Предыдущая сенсация, произведённая командой ALMA, состоялась в 2016 году, когда учёные открыли, что на многих экзопланетах, образованных в двойных звёздных системах, есть метанол, сахар, аминокислоты и другие стройматериалы, играющие роль в образовании органики. Так что на сегодняшний день совершено два гигантских шага на пути к открытию жизни: запеленгованы зачатки органики, а значит, и жизни на дальних уголках Вселенной и отсечены лишние вводные, мешавшие учёным не просто заниматься кабинетными расчётами, а достигать осязаемых, значимых с практической точки зрения открытий.