Тау Кита , латинизированная от τ Кита , является одиночной звездой в созвездии Кита , которая спектрально похожа на Солнце , хотя имеет только около 78% массы Солнца . Находясь на расстоянии чуть менее 12 световых лет (3,7 парсека ) от Солнечной системы , это относительно близкая звезда и ближайшая одиночная звезда G-класса . Звезда выглядит стабильной, с небольшими звездными изменениями и имеет дефицит металлов (низкое содержание элементов, отличных от водорода и гелия) относительно Солнца.
Его можно увидеть невооруженным глазом с видимой величиной 3,5. [2] Если смотреть с Тау Кита, Солнце будет находиться в созвездии Волопаса северного полушария с видимой величиной около 2,6. [nb 2] [9]
Наблюдения обнаружили, что вокруг Тау Кита находится в десять раз больше пыли, чем в Солнечной системе. С декабря 2012 года появились доказательства того, что вокруг Тау Кита вращаются по меньшей мере четыре планеты — все, вероятно, суперземли , — и две из них потенциально находятся в обитаемой зоне . [10] [11] [12] Имеются доказательства того, что существует еще до четырех неподтвержденных планет, одна из которых будет планетой-гигантом на расстоянии от 3 до 20 а. е. от звезды. [13] Из-за своего диска из обломков любая планета, вращающаяся вокруг Тау Кита, столкнется с гораздо большим количеством столкновений, чем современная Земля. Обратите внимание, что эти кандидаты на роль планет недавно были оспорены [14] , и недавние открытия о наклоне звезд поставили под сомнение земную природу этих миров. [6] Несмотря на это препятствие для обитаемости , ее солнечные аналоговые (солнцеподобные) характеристики привели к широкому интересу к звезде. Учитывая его стабильность, схожесть и относительную близость к Солнцу, Тау Кита постоянно указывается в качестве цели для поиска внеземного разума (SETI). [15]
Название «Тау Кита» — это обозначение Байера для этой звезды, установленное в 1603 году как часть звездного каталога Uranometeria немецкого небесного картографа Иоганна Байера : это «номер Т» в последовательности Байера созвездия Кита. В каталоге звезд в Календаре Аль - Аксаси аль-Муаккета , написанном в Каире около 1650 года, эта звезда получила обозначение Талит ан-Намат (ثالث النعامات — thālith al-na'āmāt ), что на латынь было переведено как Tertia Struthionum , что означает третью из страусы . [16] Эта звезда, наряду с η Cet (Денеб Альгенуби), θ Cet (Таних Аль Наамат), ζ Cet (Батен Кайтос) и υ Cet , были Аль Наамат (النعامات), Курицей-страусами. [17] [18]
В китайской астрономии « Квадратное Небесное Зернохранилище » ( китайский :天倉; пиньинь : Тянь Цанг ) относится к астеризму, состоящему из τ Кита, ι Кита , η Кита , ζ Кита , θ Кита и 57 Кита . [19] Следовательно, китайское название самой τ Кита — «Пятая звезда квадратного небесного амбара» (китайский:天倉五; пиньинь: Tiān Cāng wǔ ). [20]
Собственное движение звезды — это скорость ее движения по небесной сфере , определяемая путем сравнения ее положения относительно более удаленных фоновых объектов. Тау Кита считается звездой с высоким собственным движением, хотя ее годовой оборот составляет всего лишь чуть менее 2 угловых секунд . [nb 3] Таким образом, потребуется около 2000 лет, прежде чем местоположение этой звезды сместится более чем на градус. Высокое собственное движение является показателем близости к Солнцу. [21] Близлежащие звезды могут проходить угол дуги по небу быстрее, чем далекие фоновые звезды, и являются хорошими кандидатами для изучения параллакса . В случае Тау Кита измерения параллакса указывают на расстояние11,9 световых лет . Это делает ее одной из ближайших звездных систем к Солнцу и следующей по близости звездой спектрального класса G после Альфы Центавра A. [ 22]
Лучевая скорость звезды — это компонент ее движения, который направлен к Солнцу или от него. В отличие от собственного движения, лучевую скорость звезды нельзя наблюдать напрямую, но ее можно определить, измерив ее спектр . Из-за доплеровского сдвига линии поглощения в спектре звезды будут немного смещены в сторону красного (или более длинных волн), если звезда удаляется от наблюдателя, или в сторону синего (или более коротких волн), если она движется к наблюдателю. В случае Тау Кита лучевая скорость составляет около −17 км/с, причем отрицательное значение указывает на то, что она движется к Солнцу. [23] Звезда приблизится к Солнцу на максимальное расстояние примерно через 43 000 лет, когда она окажется в пределах 10,6 световых лет (3,25 пк). [24]
Расстояние до Тау Кита, вместе с его собственным движением и лучевой скоростью, вместе дают движение звезды в пространстве. Пространственная скорость относительно Солнца равна37,2 км/с . [25] Этот результат затем может быть использован для вычисления орбитального пути Тау Кита через Млечный Путь . Он имеет среднее галактоцентрическое расстояние9,7 килопарсеков (32 000 световых лет ) и эксцентриситет орбиты 0,22. [26]
Система Тау Кита, как полагают, имеет только один звездный компонент. Тусклый оптический компаньон наблюдался с величиной 13,1. По состоянию на 2000 год, это было137 угловых секунд от главного. Он может быть гравитационно связан, но считается более вероятным совпадением на линии прямой видимости. [27] [28] [29]
Большая часть того, что известно о физических свойствах Тау Кита и ее системы, была определена с помощью спектроскопических измерений. Сравнивая спектр с вычисленными моделями звездной эволюции , можно оценить возраст, массу, радиус и светимость Тау Кита. Однако, используя астрономический интерферометр , можно напрямую измерить радиус звезды с точностью до 0,5%. [2] С помощью таких средств радиус Тау Кита был измерен как79,3% ± 0,4% от радиуса Солнца . [2] Это примерно тот размер, который ожидается для звезды с массой несколько меньшей, чем у Солнца. [30]
Период вращения Тау Кита был измерен с помощью периодических изменений в классических линиях поглощения H и K однократно ионизированного кальция (Ca II). Эти линии тесно связаны с поверхностной магнитной активностью, [31] поэтому период изменения измеряет время, необходимое для того, чтобы активные участки завершили полный оборот вокруг звезды. Таким образом, период вращения Тау Кита оценивается как34 д . [32] Из-за эффекта Доплера скорость вращения звезды влияет на ширину линий поглощения в спектре (свет со стороны звезды, удаляющейся от наблюдателя, будет смещен в сторону большей длины волны; свет со стороны, движущейся к наблюдателю, будет смещен в сторону меньшей длины волны). Анализируя ширину этих линий, можно оценить скорость вращения звезды. Проецируемая скорость вращения для Тау Кита равна
где v eq — скорость на экваторе , а i — угол наклона оси вращения к лучу зрения . Для типичной звезды G8 скорость вращения составляет около2,5 км/с . Относительно низкие измерения скорости вращения могут указывать на то, что Тау Кита рассматривается почти со стороны ее полюса. [33] [34]
Совсем недавно исследование 2023 года оценило период вращения46 ± 4 д и а v eq sin i из0,1 ± 0,1 км/с , что соответствует наклону полюса7° ± 7° . [6]
Химический состав звезды дает важные подсказки относительно ее эволюционной истории, включая возраст, в котором она образовалась. Межзвездная среда пыли и газа, из которой формируются звезды, в основном состоит из водорода и гелия с небольшими количествами более тяжелых элементов. Поскольку близлежащие звезды постоянно развиваются и умирают, они засеивают межзвездную среду все большей долей более тяжелых элементов. Таким образом, более молодые звезды, как правило, имеют более высокую долю тяжелых элементов в своих атмосферах, чем более старые звезды. Эти тяжелые элементы астрономы называют «металлами», а доля тяжелых элементов — это металличность . [35] Количество металличности в звезде дается в терминах отношения железа (Fe), легко наблюдаемого тяжелого элемента, к водороду. Логарифм относительного содержания железа сравнивается с Солнцем. В случае Тау Кита атмосферная металличность равна
эквивалентно примерно трети солнечного изобилия. Прошлые измерения варьировались от −0,13 до −0,60. [36] [37]
Это меньшее содержание железа указывает на то, что Тау Кита почти наверняка старше Солнца. Ранее ее возраст оценивался как5,8 млрд лет , но сейчас считается, что около9 Gyr . [8] Это сопоставимо с4,57 млрд лет для Солнца. Однако оценки возраста Тау Кита могут варьироваться от 4,4 до12 млрд лет , в зависимости от принятой модели. [30]
Помимо вращения, еще одним фактором, который может расширить особенности поглощения в спектре звезды, является расширение под действием давления . Присутствие близлежащих частиц влияет на излучение, испускаемое отдельной частицей. Таким образом, ширина линии зависит от поверхностного давления звезды, которое, в свою очередь, определяется температурой и поверхностной гравитацией. Этот метод использовался для определения поверхностной гравитации Тау Кита. Log g , или логарифм поверхностной гравитации звезды, составляет около 4,4, что очень близко к log g = 4,44 для Солнца. [36]
Светимость Тау Кита составляет всего 55% светимости Солнца . [26] Планете земной группы необходимо было бы вращаться вокруг этой звезды на расстоянии около0,7 а.е., чтобы соответствовать уровню солнечной инсоляции Земли. Это примерно то же самое, что и среднее расстояние между Венерой и Солнцем.
Хромосфера Тау Кита — часть атмосферы звезды, расположенная прямо над излучающей свет фотосферой — в настоящее время демонстрирует слабую или нулевую магнитную активность, что указывает на стабильную звезду. [38] Одно 9-летнее исследование температуры, грануляции и хромосферы не выявило систематических изменений; выбросы Ca II вокруг инфракрасных диапазонов H и K показывают возможный 11-летний цикл, но он слаб по сравнению с Солнцем. [33] В качестве альтернативы было высказано предположение, что звезда может находиться в состоянии низкой активности, аналогичном минимуму Маундера — историческому периоду, связанному с малым ледниковым периодом в Европе, когда солнечные пятна стали чрезвычайно редкими на поверхности Солнца. [39] [40] Профили спектральных линий Тау Кита чрезвычайно узкие, что указывает на низкую турбулентность и наблюдаемое вращение. [41] Астросейсмологические колебания звезды имеют амплитуду примерно в два раза меньше, чем у Солнца, и более низкую моду жизни. [2]
Главными факторами, обуславливающими исследовательский интерес к Тау Кита, являются его близость, его характеристики, подобные солнцу, и последствия для возможной жизни на его планетах. В целях категоризации Холл и Локвуд сообщают, что «термины «солнечноподобная звезда», « солнечный аналог » и «солнечный близнец» [являются] все более ограничительными описаниями». [45] Тау Кита соответствует второй категории, учитывая его схожую массу и низкую изменчивость, но относительное отсутствие металлов. Сходство вдохновляло ссылки на популярную культуру на протяжении десятилетий, а также научные исследования. В 1988 году наблюдения за лучевой скоростью исключили любые периодические изменения, приписываемые массивным планетам вокруг Тау Кита внутри расстояний, подобных расстоянию Юпитера. [46] [47] Все более точные измерения продолжают исключать такие планеты, по крайней мере, до декабря 2012 года. [47] Достигнутая точность скорости составляет около 11 м/с, измеренная за 5-летний период времени. [48] Этот результат исключает горячие юпитеры и, вероятно, исключает любые планеты с минимальной массой, большей или равной массе Юпитера, и с орбитальными периодами менее 15 лет. [49] Кроме того, в 1999 году был завершен обзор близлежащих звезд с помощью широкоугольной и планетарной камеры космического телескопа Хаббл , включая поиск слабых спутников Тау Кита; ни один из них не был обнаружен на пределе разрешающей способности телескопа. [50]
Однако эти поиски исключили только более крупные тела коричневых карликов и более близкие по орбите гигантские планеты, поэтому меньшие планеты земного типа на орбите вокруг звезды, подобные тем, что были открыты в 2012 году, не были исключены. [50] Если бы горячие юпитеры существовали на близкой орбите, они, вероятно, нарушили бы обитаемую зону звезды ; их исключение, таким образом, считалось положительным для возможности существования планет земного типа. [46] [51] Общие исследования показали положительную корреляцию между наличием планет и родительской звездой с относительно высокой металличностью, что позволяет предположить, что звезды с более низкой металличностью, такие как Тау Кита, имеют меньшую вероятность иметь планеты. [52]
19 декабря 2012 года были представлены доказательства, предполагающие наличие системы из пяти планет, вращающихся вокруг Тау Кита. [7] Оценочные минимальные массы планет составляли от 2 до 6 масс Земли , а орбитальные периоды варьировались от 14 до 640 дней. Одна из них, Тау Кита e, по-видимому, вращается по орбите примерно на половине расстояния от Тау Кита, на котором Земля находится от Солнца. При светимости Тау Кита в 52% от светимости Солнца и расстоянии от звезды в 0,552 а. е. планета получала бы в 1,71 раза больше звездного излучения, чем Земля, немного меньше, чем Венера, которая получает в 1,91 раза больше, чем Земля. Тем не менее, некоторые исследования помещают ее в обитаемую зону звезды. [10] [11] Лаборатория обитаемости планет подсчитала, что Тау Кита f, которая получает на 28,5% больше звездного света, чем Земля, находилась бы в обитаемой зоне звезды, хотя и узко. [12]
Новые результаты были опубликованы в августе 2017 года. [43] Они подтвердили, что Тау Кита e и f являются кандидатами, но не смогли последовательно обнаружить планеты b (что может быть ложноотрицательным ), c (чей слабо определенный видимый сигнал коррелировал с вращением звезд) и d (который не отображался во всех наборах данных). Вместо этого они нашли двух новых кандидатов в планеты, g и h, с орбитами 20 и 49 дней. Сигналы, обнаруженные от планет-кандидатов, имеют радиальные скорости всего лишь 30 см/с, и экспериментальный метод, используемый при их обнаружении, как он был применен к HARPS, теоретически мог бы обнаружить до примерно 20 см/с. [43] Обновленная модель из 4 планет динамически упакована и потенциально стабильна в течение миллиардов лет.
Однако с дальнейшими уточнениями было обнаружено еще больше кандидатов на планеты. В 2019 году статья, опубликованная в Astronomy & Astrophysics, предположила, что Тау Кита может иметь Юпитер или супер-Юпитер на основе тангенциальной астрометрической скорости около 11,3 м/с. Точный размер и положение этого предполагаемого объекта не были определены, хотя он имеет массу не более 5 масс Юпитера, если он вращается на расстоянии от 3 до 20 а.е. [13] [nb 4] Исследование Astronomical Journal 2020 года , проведенное астрономами Джейми Дитрихом и Дэниелом Апаи, проанализировало орбитальную устойчивость известных планет и, учитывая статистические закономерности, выявленные из сотен других планетных систем, исследовало орбиты, на которых наиболее вероятно наличие дополнительных, еще не обнаруженных планет. Этот анализ предсказал три кандидата на планеты на орбитах, совпадающих с кандидатами на планеты b, c и d. [54] Близкое соответствие между независимо предсказанными периодами планет и периодами трех кандидатов в планеты, ранее идентифицированных по данным лучевой скорости, подтверждает подлинную планетарную природу кандидатов b, c и d. Кроме того, исследование также предсказывает по крайней мере одну еще не обнаруженную планету между планетами e и f, т. е. в пределах обитаемой зоны. [54] Эта предсказанная экзопланета идентифицирована как PxP-4. [nb 5]
Поскольку Тау Кита, вероятно, выровнена таким образом, что она почти полюсно обращена к Земле (на что указывает ее вращение), [6] если ее планеты разделяют это выравнивание и имеют почти лицевые орбиты, они будут меньше похожи на массу Земли и больше на Нептун , Сатурн или Юпитер . Например, если бы орбита Тау Кита f была наклонена на 70 градусов от лицевой стороны к Земле, ее масса была бы4.18+1,12
−1,46массы Земли, что делает ее средней и низкой сверхземлей. Однако эти сценарии не обязательно верны; поскольку диск обломков Тау Кита имеет наклон35 ± 10 , орбиты планет могли бы быть наклонены аналогичным образом. Если бы орбиты диска обломков и f предполагались равными, f была бы между5.56+1,48
−1,94и9.30+2,48
−3,24массы Земли, что делает его немного более вероятным, чтобы быть мини-Нептуном . Вдобавок ко всему, чем меньше наклон планетарных орбит, тем менее стабильными они, как правило, будут в течение определенного периода времени, так как планеты будут иметь большую массу и, следовательно, большее гравитационное притяжение, что, в свою очередь, нарушит орбитальную устойчивость соседних планет. Так, например, если, как подсчитано в исследовании Королика и др. 2023 года, Тау Кита имеет наклон к полюсу около 7 градусов, и постулируемые планеты имеют то же самое, то орбиты этих планет будут на грани нестабильности в течение всего лишь 10 миллионов лет, и поэтому крайне маловероятно, что они выжили бы в течение миллиардов лет, которые составляют жизнь звездной системы. [6]
Tau Ceti e — кандидат [43] на роль планеты , вращающейся вокруг Tau Ceti, который был впервые предложен в 2012 году путем статистического анализа данных об изменениях лучевой скорости звезды, полученных с помощью HIRES , AAPS и HARPS . [7] [55] Его возможные свойства были уточнены в 2017 году: [43] в случае подтверждения он будет вращаться на расстоянии 0,552 а. е. (между орбитами Венеры и Меркурия в Солнечной системе ) с орбитальным периодом 168 дней и иметь минимальную массу 3,93 массы Земли. Если бы Tau Ceti e обладала атмосферой, подобной земной, температура поверхности была бы около 68 °C (154 °F). [56] Основываясь на падающем потоке на планету, исследование Гюделя и др. (2014) предположило, что планета может находиться за пределами обитаемой зоны и ближе к миру, подобному Венере. [57]
Tau Ceti f — это кандидат [43] на роль планеты, вращающейся вокруг Tau Ceti, который был предложен в 2012 году путем статистического анализа изменений лучевой скорости звезды, а также обнаружен в ходе дальнейшего анализа в 2017 году. [7] Он представляет интерес, поскольку его орбита помещает его в расширенную обитаемую зону Tau Ceti. [58] Однако исследование 2015 года предполагает, что он находился в умеренной зоне менее одного миллиарда лет, поэтому, возможно, не имеет обнаруживаемых биосигнатур . [59] [60] [61]
Мало какие свойства планеты известны, кроме ее орбиты и массы. Она вращается вокруг Тау Кита на расстоянии 1,35 а.е. (около орбиты Марса в Солнечной системе) с орбитальным периодом 642 дня и имеет минимальную массу 3,93 массы Земли. [43]
Однако повторный анализ данных в 2021 году позволил провести углубленное исследование систематики спектрографа HARPS, показав, что 600-дневный сигнал, скорее всего, является ложной комбинацией инструментальной систематики с потенциальным 1000-дневным, пока неизвестным сигналом. [14]
В 2004 году группа британских астрономов под руководством Джейн Гривз обнаружила, что вокруг Тау Кита вращается в десять раз больше кометного и астероидного материала, чем вокруг Солнца. Это было определено путем измерения диска холодной пыли, вращающегося вокруг звезды, образованного столкновениями таких малых тел. [62] Этот результат снижает вероятность существования сложной жизни в системе, поскольку любые планеты будут страдать от крупных столкновений примерно в десять раз чаще, чем современная Земля. Гривз отметила во время своего исследования, что «вероятно, что [любые планеты] будут подвергаться постоянной бомбардировке астероидами того типа, который, как полагают, уничтожил динозавров » . [63] Такие бомбардировки будут препятствовать развитию биоразнообразия между столкновениями. [64] Однако возможно, что большой газовый гигант размером с Юпитер (такой как предполагаемая планета «i») может отклонять кометы и астероиды. [62]
Диск обломков был обнаружен путем измерения количества излучения, испускаемого системой в дальней инфракрасной части спектра . Диск образует симметричную структуру, центрированную на звезде, а его внешний радиус в среднем составляет55 а.е. Отсутствие инфракрасного излучения от более теплых частей диска около Тау Кита подразумевает внутреннюю границу радиусом10 а.е. Для сравнения, пояс Койпера Солнечной системы простирается от 30 до50 а.е. Чтобы поддерживаться в течение длительного периода времени, это кольцо пыли должно постоянно пополняться за счет столкновений с более крупными телами. [62] Основная часть диска, по-видимому, вращается вокруг Тау Кита на расстоянии 35–50 а.е. , далеко за пределами орбиты обитаемой зоны. На этом расстоянии пылевой пояс может быть аналогичен поясу Койпера, который находится за пределами орбиты Нептуна в Солнечной системе. [62]
Тау Кита показывает, что звезды не должны терять большие диски по мере старения, и такой толстый пояс может быть не редкостью среди звезд, подобных Солнцу. [65] Пояс Тау Кита составляет всего 1/20 от плотности пояса вокруг его молодого соседа, Эпсилон Эридана. [62] Относительное отсутствие мусора вокруг Солнца может быть необычным случаем: один из членов исследовательской группы предполагает, что Солнце могло пройти близко к другой звезде в начале своей истории, и большая часть его комет и астероидов была сброшена. [63] Звезды с большими дисками мусора изменили то, как астрономы думают о формировании планет, потому что звезды с дисками мусора, где пыль постоянно образуется в результате столкновений, по-видимому, легко образуют планеты. [65]
Зона обитания Тау Кита — места, где жидкая вода может присутствовать на планете размером с Землю — охватывает радиус 0,55–1,16 а.е. , где 1 а.е. — среднее расстояние от Земли до Солнца. [66] Примитивная жизнь на планетах Тау Кита может проявиться посредством анализа состава атмосферы с помощью спектроскопии, если состав вряд ли является абиотическим, так же как кислород на Земле указывает на жизнь. [67]
Самым оптимистичным поисковым проектом на сегодняшний день был проект Ozma , который был направлен на «поиск внеземного разума » ( SETI ) путем изучения выбранных звезд на предмет признаков искусственных радиосигналов. Им руководил астроном Фрэнк Дрейк , который выбрал Тау Кита и Эпсилон Эридана в качестве первоначальных целей. Оба расположены недалеко от Солнечной системы и физически похожи на Солнце. Несмотря на 200 часов наблюдений, никаких искусственных сигналов обнаружено не было. [68] Последующие радиопоиски этой звездной системы дали отрицательный результат.
Это отсутствие результатов не ослабило интерес к наблюдению за системой Тау Кита на предмет биосигнатур. В 2002 году астрономы Маргарет Тернбулл и Джилл Тартер разработали Каталог близлежащих обитаемых систем (HabCat) под эгидой проекта Феникс , еще одного проекта SETI. Список содержал более17 000 теоретически пригодных для жизни систем, что составляет примерно 10% от первоначальной выборки. [69] В следующем году Тернбулл еще больше уточнил список до 30 наиболее перспективных систем из5000 в пределах 100 световых лет от Солнца, включая Тау Кита; это станет частью основы радиопоиска с помощью Allen Telescope Array . [70] Она выбрала Тау Кита для окончательного списка всего из пяти звезд, подходящих для поиска с помощью (ныне отмененной) [71] системы телескопов Terrestrial Planet Finder , прокомментировав, что «это места, где я хотела бы жить, если бы Бог поместил нашу планету вокруг другой звезды». [72]
{{cite news}}
: CS1 maint: unfit URL (link)Мы также обнаруживаем сигнатуру возможной планеты с несколькими массами Юпитера, вращающейся вокруг τ Кита… Наблюдаемый сигнал можно объяснить, например, аналогом Юпитера, вращающимся на 5 а.е.
{{cite web}}
: CS1 maint: unfit URL (link)