Эффектная пятнистая звезда
На поверхности звезд, подобных Солнцу, есть темные пятна. Эти темные пятна важны для астрономов, потому что они позволяют нам отслеживать, как быстро вращается звезда, что связано с ее возрастом. Поскольку Земля находится близко к Солнцу, пятна на нем легко заметить, но для далеких звезд наши телескопы недостаточно мощные, чтобы разглядеть звездные пятна. Поэтому астрономы начали использовать планеты для изучения звездных пятен. Когда планета затмевает свою звезду, количество пропавшего света зависит от того, загораживает ли планета яркую часть звезды или тусклую, как звездное пятно. Используя этот метод, астрономы определили, что HAT-P-11, звезда на 20 % менее массивная, чем Солнце, имеет такие же пятна, как и Солнце, но ее поверхность в 100 раз более пятнистая, чем поверхность Солнца.
Пятнистые вращающиеся звезды
Все звезды вращаются. Когда рождается звезда, похожая на Солнце, она вращается с головокружительной скоростью, совершая один оборот раз в несколько часов. По мере старения звезды вращаются медленнее. Солнце - звезда среднего возраста, и оно совершает оборот примерно за 26 дней. Некоторые старые звезды могут вращаться гораздо медленнее Солнца.
Представьте себе, что вы вращаете белый футбольный мяч, на котором есть только одна черная точка. Вы можете сказать, что мяч вращается, потому что видите, как черная заплатка движется слева направо по мячу, исчезает на задней стороне мяча, а затем снова появляется на левой стороне. А теперь представьте, что мяч находится за тысячи километров от вас, и вы смотрите на него в телескоп. Возможно, вы уже не сможете увидеть черное пятно, движущееся слева направо по шару, но когда черное пятно обращено к вам, шар кажется темнее, чем когда черное пятно поворачивается к задней стороне шара и вы видите только белые части. Таким образом, тщательно измеряя яркость шара при его вращении, вы увидите, что шар яркий, когда белая сторона обращена к вам, шар тусклее, когда черная заплатка обращена к вам, а затем шар снова становится ярче, когда черная заплатка снова поворачивается и вы снова видите только белые части.
То же самое можно сказать и о звездах: поскольку на звездах есть темные пятна, они кажутся то ярче, то тусклее, когда вращаются. Если вы очень тщательно измерите яркость звезды, то обнаружите, что она меняется от высокой к низкой и снова к высокой, по мере того как пятна вращаются в поле зрения и исчезают из него. Таким образом, измеряя, как долго яркость звезды меняется от высокой к низкой и высокой, мы можем определить, как быстро вращается звезда, даже если не видим деталей ее поверхности!
Планеты раскрывают секреты звездной поверхности
У большинства звезд есть планеты, вращающиеся вокруг них. Иногда нам везет, и планета, двигаясь по орбите вокруг звезды, затмевает (блокирует свет) свою звезду-хозяина. Если вы тщательно измеряете яркость звезды в это время, то наблюдаете "транзит", о котором подробно рассказывается в этой статье Frontiers for Young Minds. Во время транзита планета блокирует часть звездного света, и астрономы на Земле видят провал в общем количестве звездного света, который длится несколько часов [ 1 ].
Количество света, пропадающего во время транзита, зависит в основном от двух вещей: размера планеты и яркости звезды. Если планета размером с Юпитер, она может перекрыть свет звезды на 2 % и более. Если же планета маленькая, как Земля, то она может заблокировать только 0,008 % света звезды. Размер планеты меняет количество пропадающего звездного света.
Представьте, что вы смотрите яркий телевизор в темной комнате. Из другого конца комнаты перед телевизором медленно идет ваш младший брат. Ваш брат затмил телевизор - общее количество света, которое вы увидите от телевизора, уменьшится, пока он находится перед телевизором. Но что, если выключить телевизор? Тогда, когда ваш брат пройдет перед ним, свет не пропадет, поскольку телевизор уже темный. Таким образом, по тому, сколько света пропадает, когда ваш брат проходит перед телевизором, вы можете определить, насколько ярким является телевизор (и, вероятно, насколько вы должны быть раздражены на своего младшего брата).
Теперь представим себе планету размером с Нептун, вращающуюся вокруг звезды чуть меньше Солнца, например, планету HAT-P-11 b, которая вращается вокруг звезды HAT-P-11. HAT-P-11 вращается раз в 29 дней. Планета блокирует 0,3 % света своей звезды раз в 5 дней, поскольку вращается вокруг звезды по быстрой, близкой к ней орбите. Если на звезде есть темное пятно, как на частично выключенном экране телевизора, то количество света, которое пропадает, когда планета проходит перед ярким пятном звезды, больше, чем количество света, которое пропадает, когда планета проходит перед темным пятном звезды. Таким образом, если мы очень точно измерим яркость звезды во время транзита планеты, то сможем определить, насколько яркой является звезда под планетой, на основании того, сколько света блокирует планета, проходя над звездой.
HAT-P-11: суперпятнистая звезда
Космический телескоп НАСА "Кеплер" делал снимок HAT-P-11 раз в минуту в течение 4 лет, чтобы с предельной точностью измерить ее яркость. За время миссии экзопланета HAT-P-11 b прошла перед своей звездой более 200 раз, что позволило астрономам измерить колебания яркости на поверхности звезды с помощью техники "брат и телевизор", которую мы только что описали. Когда планета проходила над темными пятнами на поверхности звезды, света уходило меньше, чем когда планета проходила над яркими участками звезды. Поэтому планета позволила астрономам детально изучить отдельные темные звездочки, хотя телескоп был недостаточно мощным, чтобы приблизить и увидеть пятна непосредственно [ 2 ]!
Астрономы обнаружили, что пятна на HAT-P-11 очень похожи на пятна на нашем Солнце (см. рис. 1) [ 3 ]. Эти пятна возникают в аналогичных местах на поверхности звезды, ближе к центру звезды, чем к ее полюсам (концам). Пятна HAT-P-11 также одинаково темные по сравнению с солнечными пятнами - они примерно на 30 % тусклее, чем остальная поверхность звезды. Размеры пятен также схожи с размерами солнечных пятен, обычно они в 10 раз больше Земли.
Возможно, самым замечательным открытием является количество пятен, которые астрономы обнаружили на HAT-P-11. Похоже, что общая площадь, покрытая пятнами, на HAT-P-11 в 100 раз больше, чем площадь, покрытая пятнами на Солнце [3]. Возможно, на HAT-P-11 пятнами покрыто до 14 % поверхности [ 4]. Это очень много пятен! Это открытие согласуется с нашими ожиданиями, что звезды, немного меньшие, чем Солнце, с аналогичными периодами вращения должны иметь больше пятен, чем Солнце.
Вид с HAT-P-11 b
Если бы вы посетили чрезвычайно горячую планету HAT-P-11 b, вам открылся бы прекрасный вид на дневное небо, потому что планета вращается по орбите очень близко к своей звезде. Если посмотреть на звезду сверху, то она покажется вам в 15 раз больше, чем Солнце на Земле. Самое большое звездное пятно, которое астрономы наблюдали на HAT-P-11, было бы вдвое больше Солнца, наблюдаемого с Земли. Конечно, посетить планету HAT-P-11 b будет очень сложно, ведь это газовая планета-гигант без поверхности, так что стоять будет негде, а поскольку она находится так близко к своей звезде, температура атмосферы будет составлять тысячи градусов. HAT-P-11 b была бы довольно неприятным местом для посещения.
Что дальше?
Прочитав эту статью, вы теперь знаете, что вращающиеся звезды имеют темные пятна на своей поверхности, а звезды, которые немного менее массивны, чем Солнце, вероятно, имеют пятна, которые ведут себя так же, как солнечные. Вы узнали, как астрономы могут использовать планеты, вращающиеся вокруг далеких звезд, для изучения пятен на их звездах.
Чтобы убедиться, что HAT-P-11 действительно ведет себя как Солнце, астрономы хотели бы пронаблюдать еще одну вещь. Солнце проходит через 11-летний цикл: от небольшого количества пятен на Солнце до большого количества пятен и снова небольшого количества пятен. Мы хотели бы узнать, имеет ли HAT-P-11 такой же 11-летний цикл, но мы наблюдаем за ней всего 11 лет, поэтому пока рано судить о том, имеет ли звезда такой же цикл, как Солнце [ 5 ]. В ближайшие годы астрономы продолжат использовать телескопы для наблюдения за HAT-P-11, чтобы проверить, похож ли ее цикл на солнечный.
