Звезда Барнарда — небольшой красный карлик в созвездии Змееносца . На расстоянии 5,96 световых лет (1,83 пк ) от Земли это четвертая известная отдельная звезда к Солнцу после трех компонентов системы Альфа Центавра и самая близкая звезда в северном небесном полушарии . [15] Его звездная масса составляет около 16% массы Солнца и 19% диаметра Солнца. Несмотря на свою близость, звезда имеет тусклую видимую визуальную величину +9,5 и невидима невооруженным глазом ; в инфракрасном диапазоне он намного ярче, чем в видимом свете .
Звезда названа в честь Э. Э. Барнарда , [16] американского астронома , который в 1916 году измерил ее собственное движение как 10,3 угловых секунды в год относительно Солнца, что является самым высоким показателем для любой звезды. Ранее звезда появлялась на фотопластинках Гарвардского университета в 1888 и 1890 годах. [17]
Звезда Барнарда входит в число наиболее изученных красных карликов из-за своей близости и выгодного расположения для наблюдений вблизи небесного экватора . [7] Исторически исследования Звезды Барнарда были сосредоточены на измерении ее звездных характеристик, ее астрометрии , а также уточнении границ возможных внесолнечных планет . Хотя Звезда Барнарда древняя, на ней все еще происходят звездные вспышки , одна из которых наблюдалась в 1998 году. [18]
Звезда Барнарда неоднократно подвергалась утверждениям о планетах, которые позже были опровергнуты. С начала 1960-х до начала 1970-х годов Питер ван де Камп утверждал, что вокруг звезды Барнарда вращаются планеты. Его конкретные заявления о крупных газовых гигантах были опровергнуты в середине 1970-х годов после долгих дебатов. В ноябре 2018 года сообщалось , что кандидат на планетарный спутник суперземли , известный как Звезда Барнарда b, находится на орбите Звезды Барнарда. Считалось, что он имел минимальную массу 3,2 M E и орбиту0,4 а.е. _ [19] Однако работа, представленная в июле 2021 года, опровергла существование этой планеты. [20]
В 2016 году Международный астрономический союз организовал Рабочую группу по именам звезд (WGSN) [21] для каталогизации и стандартизации имен собственных звезд. WGSN утвердила для этой звезды название « Звезда Барнарда» 1 февраля 2017 года, и теперь она включена в Список звездных названий, одобренных МАС. [22]
Звезда Барнарда — красный карлик тусклого спектрального класса М4, слишком слабый, чтобы его можно было увидеть без телескопа ; Его видимая величина составляет 9,5.
Звезда Барнарда, возраст которой составляет 7–12 миллиардов лет, значительно старше Солнца, которому 4,5 миллиарда лет, и может быть одной из старейших звезд в галактике Млечный Путь . [9] Звезда Барнарда потеряла много энергии вращения, и периодические небольшие изменения ее яркости указывают на то, что она вращается один раз за 130 дней [23] ( Солнце вращается за 25). Учитывая ее возраст, долгое время считалось, 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 . [24] Звезда Барнарда имеет обозначение переменной звезды V2500 Змееносца. В 2003 году «Звезда Барнарда» представила первое заметное изменение лучевой скорости звезды, вызванное ее движением. Дальнейшую изменчивость лучевой скорости звезды Барнарда объясняли ее звездной активностью. [25]
Собственному движению Звезды Барнарда соответствует относительная боковая скорость 90 км/с. 10,3 угловых секунды, которые он проходит за год, составляют четверть градуса за всю жизнь человека, что составляет примерно половину углового диаметра полной Луны. [16]
Лучевая скорость звезды Барнарда равна−110 км/с , измеренное по синему смещению , возникающему из-за движения к Солнцу. В сочетании с собственным движением и расстоянием это дает «космическую скорость» (фактическую скорость относительно Солнца)142,6 ± 0,2 км/с . Звезда Барнарда приблизится к Солнцу примерно в 11800 г. н. э., когда она приблизится на расстояние примерно 3,75 световых лет. [26]
Проксима Центавра — ближайшая к Солнцу звезда, находящаяся в настоящее время на расстоянии 4,24 световых лет от него. Однако, несмотря на еще более близкое прохождение Звезды Барнарда к Солнцу в 11800 году нашей эры, она все равно не будет ближайшей звездой, поскольку к тому времени Проксима Центавра переместится еще ближе к Солнцу. [27] Во время ближайшего прохождения звезды к Солнцу Звезда Барнарда все еще будет слишком тусклой, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом, поскольку к тому времени ее видимая звездная величина увеличится только на одну звездную величину примерно до 8,5, все еще оставаясь 2,5. величины, не видимые невооруженным глазом.
Звезда Барнарда имеет массу около 0,16 солнечных масс ( M ☉ ), [6] и радиус примерно в 0,2 раза больше Солнца. [7] [28] Таким образом, хотя масса звезды Барнарда примерно в 150 раз превышает массу Юпитера ( MJ ) , ее радиус лишь примерно в 2 раза больше из-за ее гораздо более высокой плотности. Его эффективная температура составляет около 3220 Кельвина , а светимость составляет всего 0,0034 солнечной светимости . [6] Звезда Барнарда настолько тусклая, 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 сравнимо с яркостью Солнца в 80 астрономических единицах . [29]
Звезда Барнарда имеет 10–32% солнечной металличности . [3] Металличность — это доля звездной массы, состоящая из элементов тяжелее гелия , и помогает классифицировать звезды относительно галактического населения. Звезда Барнарда, по-видимому, типична для старых звезд красного карлика II популяции , однако в целом это также звезды с бедным металлом гало . Находясь под солнечной энергией, металличность звезды Барнарда выше, чем у звезды с гало, и соответствует нижнему пределу диапазона богатых металлами дисковых звезд ; это, а также ее высокое космическое движение, привело к тому, что ее назвали «звездой промежуточного населения II», между гало и дисковой звездой. [3] [25] Хотя некоторые недавно опубликованные научные статьи дали гораздо более высокие оценки металличности звезды, очень близкой к уровню Солнца, между 75 и 125% солнечной металличности. [30] [31]
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, сравнимых по величине. масса с Юпитером . Ван де Камп наблюдал за звездой с 1938 года, пытаясь вместе с коллегами из обсерватории Спроул в Суортмор-колледже найти мельчайшие отклонения в один микрометр в ее положении на фотографических пластинках , соответствующие орбитальным возмущениям , которые указывали бы на планетарного компаньона; в нем участвовало до десяти человек, которые усредняли свои результаты, глядя на пластинки, чтобы избежать системных индивидуальных ошибок. [32] Первоначальное предположение Ван де Кампа заключалось в том, что планета имела около 1,6 М Дж на расстоянии 4,4 а.е. на слегка эксцентричной орбите, [33] и эти измерения, по-видимому, были уточнены в статье 1969 года. [34] Позже в том же году Ван де Камп предположил, что существуют две планеты с массой 1,1 и 0,8 МДж . [35]
Другие астрономы впоследствии повторили измерения Ван де Кампа, а две статьи 1973 года опровергли утверждение о существовании планеты или планет. Джордж Гейтвуд и Генрих Эйххорн в другой обсерватории и с использованием более новых методов измерения пластин не смогли проверить планетарного компаньона. [36] 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 регулировок и модификаций, которые были выполнены на объективе телескопа-рефрактора. ; [37] заявленная планета была приписана артефакту работ по техническому обслуживанию и модернизации. Это дело обсуждалось в рамках более широкого научного обзора. [38]
Ван де Камп так и не признал никаких ошибок и опубликовал еще одно заявление о существовании двух планет только в 1982 году; [39] он умер в 1995 году. Вульф Хайнц , преемник Ван де Кампа в Суортморе и эксперт по двойным звездам , подверг сомнению его выводы и начал публиковать критические замечания с 1976 года. Сообщается, что из-за этого двое мужчин расстались. [40]
В ноябре 2018 года международная группа астрономов объявила об обнаружении по лучевой скорости кандидата в суперземлю, вращающегося по орбите в относительно непосредственной близости от звезды Барнарда. Их работа под руководством Игнаси Рибаса из Испании, продолжавшаяся более двух десятилетий наблюдений, предоставила убедительные доказательства существования планеты. [19] [42] Однако существование планеты было опровергнуто в 2021 году, поскольку было обнаружено, что сигнал лучевой скорости возникает в результате цикла активности звезд, [20] и исследование, проведенное в 2022 году, подтвердило этот результат. [43]
Считалось, что планета, получившая название «Звезда Барнарда b», находится недалеко от линии снега звездной системы , которая является идеальным местом для ледяной аккреции протопланетного материала. Считалось, что он вращался на орбите на расстоянии 0,4 а.е. каждые 233 дня и имел предполагаемую минимальную массу 3,2 M E . Планета, скорее всего, была бы холодной, с расчетной температурой поверхности около -170 ° C (-274 ° F) и находилась за пределами предполагаемой обитаемой зоны Барнард Стар . Прямое изображение планеты и ее характерного светового сигнала стало бы возможным уже через десять лет после ее открытия. Дальнейшие слабые и неучтенные возмущения в системе позволили предположить, что вторая планета-компаньон может находиться еще дальше. [44]
В течение более четырех десятилетий между отклоненным заявлением ван де Кампа и окончательным объявлением кандидата на планету Звезда Барнарда тщательно изучалась, а границы масс и орбит возможных планет постепенно ужесточались. М-карлики , такие как Звезда Барнарда, в этом отношении изучать легче, чем более крупные звезды, поскольку их меньшие массы делают возмущения более очевидными. [45]
Нулевые результаты для планет-спутников продолжались на протяжении 1980-х и 1990-х годов, включая интерферометрические работы с космическим телескопом Хаббла в 1999 году . [46] Гейтвуд смог показать в 1995 году, что планеты с энергией 10 МДж невозможны вокруг звезды Барнарда, [38] в документ, который помог уточнить негативную уверенность в отношении планетарных объектов в целом. [47] В 1999 году работа Хаббла дополнительно исключила планеты-компаньоны с массой 0,8 МДж с орбитальным периодом менее 1000 дней (орбитальный период Юпитера составляет 4332 дня), [46] в то время как Куерстер определил в 2003 году, что в пределах обитаемой зоны вокруг планеты Барнарда Звезда, планеты невозможны со значением « M sin i » [примечание 1], превышающим массу Земли более чем в 7,5 раз ( ME ) , или с массой, превышающей массу Нептуна более чем в 3,1 раза (намного ниже, чем у Ван де наименьшее рекомендуемое значение Кампа). [25]
В 2013 году была опубликована исследовательская работа, в которой были уточнены границы масс планет звезды. Используя измерения лучевых скоростей, 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 планет до 1000-дневных орбит. Планеты с массой более двух земных на орбитах продолжительностью менее 10 дней были исключены, а планеты с массой более десяти земных на двухлетней орбите также были уверенно исключены. Также было обнаружено, что обитаемая зона звезды, по-видимому, лишена планет массой примерно земной или больше, за исключением орбит, обращенных лицом к планете. [48] [49]
Хотя это исследование сильно ограничивало возможные свойства планет вокруг звезды Барнарда, оно не исключало их полностью, поскольку планеты земной группы всегда было трудно обнаружить. Сообщалось, что миссия НАСА по космической интерферометрии , которая должна была начать поиск внесолнечных планет, похожих на Землю, выбрала Звезду Барнарда в качестве ранней цели поиска, [29] однако миссия была закрыта в 2010 году. [ 50] ЕКА аналогичная миссия по интерферометрии Дарвина преследовала ту же цель, но была лишена финансирования в 2007 году. [51]
Анализ лучевых скоростей, который в конечном итоге привел к открытию кандидата на суперземлю, вращающегося вокруг звезды Барнарда, также использовался для установления более точных верхних пределов массы возможных планет до и внутри обитаемой зоны: максимум 0,7 M E до внутренний край и 1,2 МЭ на внешнем крае оптимистической обитаемой зоны, что соответствует орбитальным периодам до 10 и 40 дней соответственно. Таким образом, оказывается, что Звезда Барнарда действительно не содержит планет земной массы или больше на горячих и умеренных орбитах, в отличие от других звезд M-карликов, у которых обычно эти типы планет находятся на близких орбитах. [19]
В 1998 году звездная вспышка на Звезде Барнарда была обнаружена на основании изменений в спектральном излучении 17 июля во время несвязанного поиска вариаций собственного движения. Прошло четыре года, прежде чем вспышка была полностью проанализирована, после чего было высказано предположение, что температура вспышки составляла 8000 К, что более чем в два раза превышало нормальную температуру звезды. [52] Учитывая по существу случайный характер вспышек, Дайан Полсон, один из авторов этого исследования, отметила, что «звезда была бы фантастической для наблюдения любителями». [24]
Вспышка была неожиданной, поскольку у звезд такого возраста не ожидается интенсивной звездной активности. Вспышки до конца не изучены, но считается, что они вызваны сильными магнитными полями , которые подавляют конвекцию плазмы и приводят к внезапным вспышкам: сильные магнитные поля возникают у быстро вращающихся звезд, тогда как старые звезды имеют тенденцию вращаться медленно. Таким образом, событие такого масштаба на Звезде Барнарда считается редкостью. [52] Исследования периодичности звезды или изменений звездной активности в течение определенного периода времени также предполагают, что она должна находиться в состоянии покоя; Исследования 1998 года показали слабые доказательства периодических изменений яркости звезды, отметив только одно возможное звездное пятно за 130 дней. [23]
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 М-карликов в галактике. Такие исследования имеют астробиологическое значение: учитывая, что обитаемые зоны М-карликов расположены близко к звезде, любая планета, расположенная там, будет сильно подвержена влиянию солнечных вспышек, звездных ветров и событий выброса плазмы. [9]
В 2019 году были зарегистрированы две дополнительные ультрафиолетовые звездные вспышки , каждая с энергией далекого ультрафиолета 3×10 22 джоуля, а также одна рентгеновская звездная вспышка с энергией 1,6×10 22 джоуля. Наблюдаемой на сегодняшний день скорости вспышки достаточно, чтобы вызвать потерю 87 земных атмосфер в миллиард лет из-за тепловых процессов и ≈3 земных атмосферы в миллиард лет из-за процессов потери ионов на Звезде Барнарда b. [53]
Звезда Барнарда находится примерно в том же районе, что и Солнце. Соседи звезды Барнарда обычно имеют размер красного карлика, самого маленького и наиболее распространенного типа звезд. Его ближайшим соседом в настоящее время является красный карлик Росс 154 , находящийся на расстоянии 1,66 парсека (5,41 светового года). Следующими ближайшими системами являются Солнце и Альфа Центавра соответственно. [29] Со стороны Звезды Барнарда Солнце появилось бы 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 равна 4,83, и на расстоянии 1,834 парсека оно было бы звездой первой величины, как Поллукс находится от Земли. [заметка 2]
Звезда Барнарда изучалась в рамках проекта «Дедал» . Исследование, проведенное в период с 1973 по 1978 год, показало, что быстрое путешествие к другой звездной системе без экипажа возможно с использованием существующих технологий или технологий ближайшего будущего. [55] Звезда Барнарда была выбрана в качестве цели отчасти потому, что считалось, что у нее есть планеты. [56]
Теоретическая модель предполагала, что ядерная импульсная ракета, использующая ядерный синтез (в частности, электронную бомбардировку дейтерия и гелия-3 ) и ускоряющаяся в течение четырех лет, может достичь скорости 12% скорости света . Тогда до звезды можно было бы добраться за 50 лет, в течение человеческой жизни. [56] Наряду с детальным исследованием звезды и ее спутников, будет изучена межзвездная среда и выполнены базовые астрометрические измерения. [55]
Первоначальная модель проекта «Дедал» послужила толчком для дальнейших теоретических исследований. В 1980 году Роберт Фрейтас предложил более амбициозный план: самовоспроизводящийся космический корабль , предназначенный для поиска и установления контакта с внеземной жизнью . [57] Построенный и запущенный на орбиту Юпитера , он достигнет звезды Барнарда через 47 лет при параметрах, аналогичных параметрам оригинального проекта «Дедал». Оказавшись на звезде, он начнет автоматическое самовоспроизведение, построив фабрику, сначала для производства исследовательских зондов, а в конечном итоге для создания копии оригинального космического корабля через 1000 лет. [57]
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )