Мазеры выдадут присутствие планет

Астрономы, которые занимаются изучением внесолнечных планет, получили новый ориентир для поиска планет земного типа. Он основан на предположении того, что в специфической атмосфере только что сформировавшихся планет возможно появление мазеров. Это стало ясно после того, как Брюс Фигли (Bruce Fegley) и Лора Шефер (Laura Schaefer) из университета штата Вашингтон в Санкт Луисе построили модель термохимического равновесия для определения состава силикатных испарений в атмосфере, которая образуется в процессе аккреционной стадии формирования планет. Особенность этой стадии – существование расплавленного океана магмы, из которого исходят испарения, характерные для той или иной температуры.

«Химические элементы, которые в те времена находились в газообразном состоянии, сейчас можно найти в горных породах, - говорит Шефер. – Наши расчеты показали, что при температуре выше 3080 градусов Кельвина доминирующей составляющей в ранней атмосфере формирующейся планеты является моноокись кремния, в то время как при температуре ниже 3080 градусов К – это испарения натрия. По мере остывания планеты до температуры ниже 1500 градусов К основными компонентами атмосферы становятся вода, водород, углекислый газ, натрий и углерод, который при еще более низком понижении температуры превращается в метан». Наиболее важным в контексте поисков новых планет за пределами Солнечной системы является то, что излучение моноокиси кремния легко доступно для наблюдения при помощи многих наземных телескопов в узких полосах инфракрасного и радио диапазонах, поскольку в характерных условиях разогретой атмосферы происходит процесс переизлучения и последующего усиления излучения в строго фиксированной полосе микроволновой или инфракрасной области спектра. Такое явление в ультрафиолетовой и видимой области называется лазером, а в микроволновой и инфракрасной областях – мазером.

Космические лазеры и мазеры уже давно являются объектом изучения ученых. Например, мазеры «зажигаются» в облаках межгалактического газа, которые находятся рядом с яркими молодыми звездами или в непосредственной близости от черных дыр, каковыми, в частности, являются и активные ядра галактик. Особенностью открытия американских ученых является то, что они, на основании теоретических построений, предсказывают существование мазеров там, где их ранее никто не ожидал, несмотря на то, что естественные лазеры существуют в Солнечной системе. Например, в мы видим их в атмосферах Марса и Венеры, а также в некоторых атмосферах комет.

В последнее время было открыто несколько экзопланет земного типа с массами лишь в несколько раз большими, чем масса Земли. Однако это произошло благодаря усовершенствованию техники стандартных методов регистрации либо очень слабого гравитационного воздействия уже планеты на обращение звезды вокруг общего центра масс, либо изменения светимости звезды при прохождении планеты по ее диску. И только совсем недавно, при помощи наиболее мощного в настоящий момент космического инфракрасного телескопа Спитцера впервые удалось напрямую зарегистрировать излучение самой планеты. При этом регистрация стала реальной только в результате систематического наблюдения планеты, ранее уже открытой транзитным методом. Метод, предложенный Фигли и Шифером, является уникальным в том смысле, что, используя его, возможен более эффективный поиск новых планет, так как он дает позволяет непосредственно наблюдать свидетельство существования океана магмы на поверхности формирующейся планеты благодаря многократно усиленному излучению моноокиси кремния и натрия.

Изучение популяции планет в нашей Галактике на ранних стадиях эволюции, которое станет возможным в результате целенаправленного обзора звезд на предмет наличия мазерного излучения, даст новый импульс для понимания процессов, приводящих к образованию планетных систем во Вселенной.