Исследование NASA: как LISA по гравитационным волнам сможет находить экзопланеты у двойных белых карликов

Теоретическая работа в The Astrophysical Journal (iopscience.iop.org) описывает, как экзопланету у источника гравитационных волн можно обнаружить по самому сигналу iopscience.iop.orgiopscience.iop.orgiopscience.iop.orgОткрыть источник ↗. Единственный автор — Кейси Макгрэт из Университета Мэриленда в Балтиморе и Центра космических полётов имени Годдарда (NASA). Целевая обсерватория — LISA под руководством ESA, запуск запланирован на середину 2030-х; NASA поставляет телескопы и другое оборудование. Планет пока не обнаружено: работа моделирует сам эффект.

Как работает метод лучевых скоростей по гравитационным волнам

Метод (GW RV) повторяет логику классического электромагнитного: притяжение планеты заставляет звезду двигаться, и это движение за счёт эффекта Доплера модулирует наблюдаемый сигнал. Возможность такого обнаружения у двойных белых карликов впервые предложил Наоки Сэто в 2008 году, сообщает NASA. В статье эффект Доплера для наблюдаемых частоты и фазы гравитационной волны при круговых орбитах выведен подробнее, чем в прежних работах, включая аналитическую формулу наблюдаемой фазы.

Автор приводит аналогию из радиосвязи. Источники почти монохроматичны и по частоте намного выше орбитальной частоты планеты, поэтому источник играет роль несущей, а орбита — сообщения. В наблюдаемом спектре вокруг несущей частоты появляются боковые полосы.

Отдельно выделен параметр PMI, не обсуждавшийся в прежних работах по GW RV. Он определяет силу модуляции от планеты и похож на полуамплитуду в электромагнитном методе лучевых скоростей. По анализу автора, GW RV чувствительнее к массивным планетам с длинным периодом, тогда как электромагнитный метод — к короткопериодным iopscience.iop.orgiopscience.iop.orgiopscience.iop.orgОткрыть источник ↗.

Типы источников и ограничения

Рассмотрены два класса источников. Двойные системы из белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр лежат в среднечастотном диапазоне LISA; двойные белые карлики будут самым частым сигналом LISA. Трёхосные тела, скорее всего одиночные асимметричные нейтронные звёзды, лежат в высокочастотном диапазоне наземных обсерваторий LVK.

Около десяти лет поисков на современных наземных обсерваториях не дали ни одного трёхосного источника. Амплитуда их деформации, как ожидается, намного меньше, чем у двойных систем, поэтому и отношение сигнала к шуму намного ниже. Пульсары с экзопланетами встречаются очень редко, а более тяжёлые спутники, такие как белые карлики или нейтронные звёзды, давали бы больший PMI.

Вторая статья в том же журнале, написанная Макгрэт с соавторами, рассматривает подтверждение таких планет с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», сообщает NASA.