Звезда Барнарда — небольшая красная карликовая звезда в созвездии Змееносца . Находясь на расстоянии 5,96 световых лет (1,83 пк ) от Земли, она является четвертой по близости к Солнцу известной индивидуальной звездой после трех компонентов системы Альфа Центавра и ближайшей звездой в северном небесном полушарии . [15] Ее звездная масса составляет около 16% от массы Солнца, а ее диаметр составляет 19% от диаметра Солнца. Несмотря на свою близость, звезда имеет тусклую видимую визуальную величину +9,5 и невидима невооруженным глазом ; она намного ярче в инфракрасном диапазоне, чем в видимом свете .
Звезда названа в честь Эдварда Эмерсона Барнарда , [16] американского астронома , который в 1916 году измерил ее собственное движение в 10,3 угловых секунд в год относительно Солнца, что является самым высоким известным показателем для любой звезды. Ранее звезда появлялась на фотопластинках Гарвардского университета в 1888 и 1890 годах. [17]
Звезда Барнарда является одним из наиболее изученных красных карликов из-за своей близости и благоприятного расположения для наблюдения вблизи небесного экватора . [8] Исторически исследования звезды Барнарда были сосредоточены на измерении ее звездных характеристик, ее астрометрии , а также уточнении пределов возможных внесолнечных планет . Хотя звезда Барнарда древняя, она все еще испытывает звездные вспышки, одна из которых наблюдалась в 1998 году. [18]
Звезда Барнарда содержит по крайней мере одну планету, близкую к Земле субземлю, обнаруженную в 2024 году, и есть подозрения на других кандидатов. Ранее она была объектом многочисленных заявлений о планетах, которые были опровергнуты. [6]
В 2016 году Международный астрономический союз организовал Рабочую группу по именам звезд (WGSN) [19] для каталогизации и стандартизации собственных имен звезд. WGSN одобрил название Звезда Барнарда для этой звезды 1 февраля 2017 года, и теперь она включена в Список имен звезд, одобренных МАС. [20]
Звезда Барнарда — красный карлик тусклого спектрального класса M4, слишком тусклый, чтобы увидеть его без телескопа ; его видимая величина составляет 9,5.
Возраст звезды Барнарда составляет 7–12 миллиардов лет, что значительно больше возраста Солнца, которому 4,5 миллиарда лет, и она может быть одной из старейших звезд в галактике Млечный Путь . [9] Звезда Барнарда потеряла много энергии вращения; периодические небольшие изменения ее яркости указывают на то, что она совершает один оборот за 130 дней [21] ( Солнце совершает оборот за 25). Учитывая ее возраст, долгое время предполагалось, что звезда Барнарда находится в состоянии покоя с точки зрения звездной активности. В 1998 году астрономы наблюдали интенсивную звездную вспышку , показав, что звезда Барнарда является вспыхивающей звездой . [22] Звезда Барнарда имеет обозначение переменной звезды V2500 Ophiuchi. В 2003 году звезда Барнарда представила первое обнаруживаемое изменение лучевой скорости звезды, вызванное ее движением. Дальнейшая изменчивость лучевой скорости звезды Барнарда была приписана ее звездной активности. [23]
Собственное движение звезды Барнарда соответствует относительной боковой скорости 90 км/с. 10,3 угловых секунд, которые она проходит за год, составляют четверть градуса за человеческую жизнь, примерно половину углового диаметра полной Луны. [16]
Лучевая скорость звезды Барнарда равна−110 км/с , измеренная по синему смещению из-за его движения к Солнцу. В сочетании с его собственным движением и расстоянием это дает "космическую скорость" (реальную скорость относительно Солнца)142,6 ± 0,2 км/с . Звезда Барнарда приблизится к Солнцу на максимально близкое расстояние около 11 800 г. н. э., когда она приблизится на расстояние около 3,75 световых лет. [24]
Проксима Центавра является ближайшей к Солнцу звездой, в настоящее время находящейся на расстоянии 4,24 световых лет от него. Однако, несмотря на еще более близкое прохождение звезды Барнарда к Солнцу в 11 800 году н. э., она все равно не будет ближайшей звездой, поскольку к тому времени Проксима Центавра переместится на еще более близкое расстояние к Солнцу. [25] Во время ближайшего прохождения звезды мимо Солнца звезда Барнарда все еще будет слишком тусклой, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом, поскольку ее видимая величина увеличится всего на одну величину примерно до 8,5 к тому времени, что все еще будет на 2,5 величины меньше видимости невооруженным глазом.
Звезда Барнарда имеет массу около 0,16 солнечных масс ( M ☉ ), [7] и радиус около 0,2 солнечных масс. [8] [26] Таким образом, хотя звезда Барнарда имеет массу примерно в 150 раз больше массы Юпитера ( M J ), ее радиус всего лишь примерно в 2 раза больше из-за ее гораздо более высокой плотности. Ее эффективная температура составляет около 3220 кельвинов , а ее светимость составляет всего 0,0034 солнечных светимостей . [7] Звезда Барнарда настолько слаба, что если бы она находилась на том же расстоянии от Земли, что и Солнце, она казалась бы всего в 100 раз ярче полной Луны, что сопоставимо с яркостью Солнца на расстоянии 80 астрономических единиц . [27]
Звезда Барнарда имеет 10–32% солнечной металличности . [3] Металличность — это доля звездной массы, состоящая из элементов тяжелее гелия , и она помогает классифицировать звезды относительно галактического населения. Звезда Барнарда, по-видимому, типична для старых звезд красного карлика населения II , однако они также, как правило, являются звездами гало с низким содержанием металлов . Несмотря на то, что звезда Барнарда находится ниже уровня Солнца, ее металличность выше, чем у звезды гало, и соответствует нижнему пределу диапазона богатых металлами дисковых звезд ; это, а также ее высокое движение в пространстве, привело к обозначению «звезды промежуточной популяции II», между гало и дисковой звездой. [3] [23] Однако некоторые недавно опубликованные научные работы дали гораздо более высокие оценки металличности звезды, очень близкие к уровню Солнца, между 75 и 125% солнечной металличности. [28] [29]
В августе 2024 года с использованием данных спектрографа ESPRESSO Очень Большого Телескопа будет установлено существование экзопланеты с минимальной массой0,37 ± 0,05 M 🜨 и орбитальный период 3,15 дня были подтверждены. Это стало первым убедительным доказательством существования планеты, вращающейся вокруг звезды Барнарда. Кроме того, в этом исследовании были предложены три других кандидата на маломассивные планеты. Все эти планеты вращаются ближе к звезде, чем обитаемая зона . [30] [6] Подтвержденная планета обозначена как звезда Барнарда b (или Барнард b), повторное использование обозначения, первоначально использовавшегося для опровергнутого кандидата на роль суперземли.
Звезда Барнарда была объектом многочисленных заявлений о планетах, которые позже были опровергнуты. С начала 1960-х до начала 1970-х годов Питер ван де Камп утверждал, что планеты вращаются вокруг звезды Барнарда. Его конкретные заявления о крупных газовых гигантах были опровергнуты в середине 1970-х годов после долгих дебатов. В ноябре 2018 года сообщалось о потенциальном спутнике суперземли, вращающемся вокруг звезды Барнарда. Считалось, что его минимальная масса составляет 3,2 M E , а орбита составляет0,4 а.е. [31] Однако работа, представленная в июле 2021 года , опровергла существование этой планеты. [32]
В течение десятилетия с 1963 по 1973 год значительное число астрономов принимало заявление Питера ван де Кампа о том, что он обнаружил с помощью астрометрии возмущение в собственном движении звезды Барнарда, согласующееся с наличием у нее одной или нескольких планет, сопоставимых по массе с Юпитером . Ван де Камп наблюдал за звездой с 1938 года, пытаясь вместе с коллегами из обсерватории Спроула в колледже Суортмор найти мельчайшие изменения в один микрометр в ее положении на фотографических пластинках, согласующиеся с орбитальными возмущениями , которые указывали бы на наличие планетарного компаньона; для этого потребовалось около десяти человек, усреднявших свои результаты при просмотре пластинок, чтобы избежать систематических индивидуальных ошибок. [33] Первоначальное предположение Ван де Кампа заключалось в том, что планета имела около 1,6 MJ на расстоянии 4,4 а.е. на слегка эксцентричной орбите, [34] и эти измерения были, по-видимому, уточнены в статье 1969 года. [35] Позже в том же году Ван де Камп предположил, что существуют две планеты с массами 1,1 и 0,8 MJ . [36]
Другие астрономы впоследствии повторили измерения Ван де Кампа, и две статьи в 1973 году подорвали заявление о планете или планетах. Джордж Гейтвуд и Генрих Эйххорн в другой обсерватории и с использованием более новых методов измерения пластин не смогли подтвердить планетарного компаньона. [37] Другая статья, опубликованная Джоном Л. Херши четырьмя месяцами ранее, также с использованием обсерватории Суортмор, обнаружила, что изменения в астрометрическом поле различных звезд коррелируют со временем корректировок и модификаций, которые были выполнены на объективе рефракторного телескопа; [38] заявленная планета была приписана артефакту работ по техническому обслуживанию и модернизации. Это дело обсуждалось как часть более широкого научного обзора. [39]
Ван де Камп никогда не признавал никаких ошибок и опубликовал еще одно заявление о существовании двух планет только в 1982 году; [40] он умер в 1995 году . Вульф Хайнц , преемник Ван де Кампа в Свортморе и эксперт по двойным звездам , подверг сомнению его выводы и начал публиковать критические замечания с 1976 года. Сообщалось, что из-за этого двое мужчин отдалились друг от друга. [41]
В ноябре 2018 года международная группа астрономов объявила об обнаружении по лучевой скорости кандидата в суперземли , вращающегося в относительно близкой близости от звезды Барнарда. Под руководством Игнаси Рибаса из Испании их работа, проведенная в течение двух десятилетий наблюдений, предоставила убедительные доказательства существования планеты. [31] [43] Однако существование планеты было опровергнуто в 2021 году, когда было обнаружено, что сигнал лучевой скорости исходит от долговременной активности самой звезды, связанной с ее вращением. [32] Дальнейшие исследования в последующие годы подтвердили этот результат. [44] [6]
Названная Звездой Барнарда b, планета, как предполагалось, находилась вблизи снеговой линии звездной системы , которая является идеальным местом для ледяной аккреции протопланетного материала. Считалось, что она вращается по орбите на 0,4 а.е. каждые 233 дня и имела предполагаемую минимальную массу 3,2 M E . Планета, скорее всего, была бы холодной, с предполагаемой температурой поверхности около −170 °C (−274 °F), и находилась бы за пределами предполагаемой обитаемой зоны Звезды Барнарда . Прямая съемка планеты и ее контрольной световой сигнатуры была бы возможна в течение десятилетия после ее открытия. Дальнейшие слабые и неучтенные возмущения в системе предполагали, что может быть второй планетарный компаньон еще дальше. [45]
В течение более чем четырех десятилетий между отклоненным заявлением ван де Кампа и окончательным объявлением о кандидате на планету, звезда Барнарда тщательно изучалась, и границы массы и орбиты для возможных планет постепенно сужались. М-карлики , такие как звезда Барнарда, легче изучать, чем более крупные звезды в этом отношении, потому что их меньшие массы делают возмущения более очевидными. [46]
Нулевые результаты для планет-компаньонов продолжались в течение 1980-х и 1990-х годов, включая интерферометрические исследования с космическим телескопом Хаббл в 1999 году. [47] В 1995 году Гейтвуд смог показать, что планеты с 10 МДж невозможны вокруг звезды Барнарда , [ 39 ] в статье , которая помогла уточнить отрицательную определенность относительно планетарных объектов в целом. [48] В 1999 году работа Хаббла дополнительно исключила планетные спутники с массой 0,8 МДж и орбитальным периодом менее 1000 дней (орбитальный период Юпитера составляет 4332 дня), [47] в то время как Кюрстер определил в 2003 году, что в пределах обитаемой зоны вокруг звезды Барнарда невозможны планеты со значением « M sin i » [примечание 2], превышающим в 7,5 раз массу Земли ( ME ), или с массой, превышающей в 3,1 раза массу Нептуна (намного ниже наименьшего предложенного значения Ван де Кампа). [23]
В 2013 году была опубликована исследовательская работа, которая дополнительно уточнила границы массы планеты для звезды. Используя измерения лучевой скорости, проведенные в течение 25 лет в обсерваториях Лик и Кек , и применяя анализ Монте-Карло как для круговых, так и для эксцентрических орбит, были определены верхние массы для планет с орбитами до 1000 дней. Планеты с массой выше двух масс Земли на орбитах менее 10 дней были исключены, а планеты с массой более десяти масс Земли с орбитой до двух лет также были уверенно исключены. Было также обнаружено, что обитаемая зона звезды, по-видимому, лишена планет с массой примерно земной массы или больше, за исключением орбит, обращенных плашмя. [49] [50]
Хотя это исследование значительно ограничило возможные свойства планет вокруг звезды Барнарда, оно не исключило их полностью, поскольку планеты земной группы всегда было трудно обнаружить. Сообщалось, что космическая интерферометрическая миссия НАСА , которая должна была начать поиск экзопланет, подобных Земле, выбрала звезду Барнарда в качестве ранней цели поиска, [27] однако миссия была закрыта в 2010 году. [51] Похожая интерферометрическая миссия Дарвина ЕКА имела ту же цель, но была лишена финансирования в 2007 году. [52]
Анализ лучевых скоростей, который в конечном итоге привел к объявлению кандидата на суперземлю, вращающуюся вокруг звезды Барнарда, также использовался для установления более точных верхних пределов массы для возможных планет, вплоть до и внутри обитаемой зоны: максимум 0,7 M E до внутреннего края и 1,2 M E на внешнем краю оптимистичной обитаемой зоны, что соответствует орбитальным периодам до 10 и 40 дней соответственно. Таким образом, похоже, что звезда Барнарда действительно не содержит планет с массой Земли или больше, на горячих и умеренных орбитах, в отличие от других звезд-карликов класса М, которые обычно имеют эти типы планет на близких орбитах. [31]
В 1998 году на звезде Барнарда была обнаружена вспышка на основе изменений в спектральных излучениях 17 июля во время несвязанного поиска изменений в собственном движении. Прошло четыре года, прежде чем вспышка была полностью проанализирована, и на этом этапе было высказано предположение, что температура вспышки составляла 8000 К, что более чем в два раза превышает нормальную температуру звезды. [53] Учитывая по сути случайную природу вспышек, Дайан Полсон, один из авторов этого исследования, отметила, что «звезда была бы фантастическим объектом для наблюдения любителями». [22]
Вспышка была неожиданной, поскольку интенсивная звездная активность не ожидается в звездах такого возраста. Вспышки не полностью изучены, но считается, что они вызваны сильными магнитными полями , которые подавляют плазменную конвекцию и приводят к внезапным выбросам: сильные магнитные поля возникают в быстро вращающихся звездах, в то время как старые звезды, как правило, вращаются медленно. Таким образом, предполагается, что звезда Барнарда пережила событие такой величины — редкость. [53] Исследования периодичности звезды или изменений звездной активности в течение заданного периода времени также предполагают, что она должна быть спокойной; исследование 1998 года показало слабые доказательства периодических изменений яркости звезды, отметив только одно возможное звездное пятно за 130 дней. [21]
Звездная активность такого рода вызвала интерес к использованию звезды Барнарда в качестве прокси для понимания подобных звезд. Есть надежда, что фотометрические исследования ее рентгеновского и ультрафиолетового излучения прольют свет на большую популяцию старых карликов M в галактике. Такое исследование имеет астробиологические последствия: учитывая, что обитаемые зоны карликов M находятся близко к звезде, любая планета, расположенная там, будет сильно затронута солнечными вспышками, звездными ветрами и выбросами плазмы. [9]
В 2019 году были обнаружены еще две ультрафиолетовые звездные вспышки , каждая с энергией в дальнем ультрафиолете 3×10 22 джоулей, вместе с одной рентгеновской звездной вспышкой с энергией 1,6×10 22 джоулей. Наблюдаемая на сегодняшний день скорость вспышек достаточна, чтобы вызвать потерю 87 земных атмосфер за миллиард лет через тепловые процессы и ≈3 земных атмосфер за миллиард лет через процессы потери ионов на звезде Барнарда b. [54]
Звезда Барнарда находится примерно в том же районе, что и Солнце. Соседи звезды Барнарда, как правило, имеют размер красного карлика, самого маленького и наиболее распространенного типа звезд. Ее ближайшим соседом в настоящее время является красный карлик Росс 154 , находящийся на расстоянии 1,66 парсека (5,41 светового года). Солнце и Альфа Центавра являются, соответственно, следующими по близости системами. [27] От звезды Барнарда Солнце будет видно на диаметрально противоположной стороне неба в координатах RA = 5 ч 57 м 48,5 с , Dec = −04° 41′ 36″, в самой западной части созвездия Единорога . Абсолютная величина Солнца составляет 4,83, и на расстоянии 1,834 парсека оно будет звездой первой величины, как Поллукс от Земли. [примечание 3]
Звезда Барнарда изучалась в рамках проекта «Дедал» . Исследование проводилось с 1973 по 1978 год и предполагало, что быстрое путешествие без экипажа к другой звездной системе возможно с использованием существующих или будущих технологий. [56] Звезда Барнарда была выбрана в качестве цели отчасти потому, что считалось, что у нее есть планеты. [57]
Теоретическая модель предполагала, что ядерная импульсная ракета, использующая ядерный синтез (в частности, электронную бомбардировку дейтерия и гелия-3 ) и ускоряющаяся в течение четырех лет, могла бы достичь скорости в 12% от скорости света . Звезда могла бы быть достигнута за 50 лет, в течение человеческой жизни. [57] Наряду с подробным исследованием звезды и любых ее спутников, будет исследована межзвездная среда и выполнены базовые астрометрические показания. [56]
Первоначальная модель проекта «Дедал» вызвала дальнейшие теоретические исследования. В 1980 году Роберт Фрейтас предложил более амбициозный план: самовоспроизводящийся космический корабль, предназначенный для поиска и установления контакта с внеземной жизнью . [58] Построенный и запущенный на орбите Юпитера , он достиг бы звезды Барнарда за 47 лет при параметрах, аналогичных параметрам оригинального проекта «Дедал». Оказавшись у звезды, он начал бы автоматическое самовоспроизводство, построив фабрику, изначально для производства исследовательских зондов, а в конечном итоге для создания копии оригинального космического корабля через 1000 лет. [58]
{{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )