Зрелище двух солнц над пустынной планетой Татуин из «Звездных войн» считается одной из культовых сцен в истории научно-фантастического кинематографа. Исходя из того, что оба светила восходят и заходят одновременно, Татуин не просто обращается вокруг одиночного солнца — его орбита проходит вокруг обоих компонентов двойной системы. Такую орбиту называют околодвойной (циркумбинарной), или орбитой P-типа, противопоставляя ее околозвездной (циркумстелларной) орбите S-типа, по которой планета обращается только вокруг одного компонента двойной звезды. Когда франшиза «Звездных войн» еще только набирала обороты, такие планеты существовали исключительно в воображении сценаристов. Теперь мы знаем, что они вполне реальны.

В отличие от планет, обращающихся вокруг одиночных звезд, циркумбинарная планета движется на большем удалении от компонентов двойной звезды. Поэтому она в меньшей степени влияет на движение звезд, что затрудняет ее обнаружение по колебаниям лучевой скорости. Более подходящий метод в данном случае — пытаться зафиксировать прохождение планеты по диску одной из звезд или выявить воздействие гравитационного притяжения на период обращения компонентов двойной звезды.

Благодаря применению обоих этих методов в 2011 г. удалось обнаружить планету Кеплер-16 b. Система, в которой она была найдена, находится в 200 световых годах от нас в созвездии Лебедь. Образующие ее две звезды располагаются невероятно близко друг к другу — их отделяют всего лишь 0,22 а.е., что меньше расстояния между Солнцем и Меркурием. Размером обе звезды меньше нашего светила. Масса первой составляет 69% массы Солнца, второй — 20%. Расстояние между компонентами системы настолько мало, а их яркость настолько низка, что различить их при наблюдении не представляется возможным. Обнаружить двойственную природу системы помогает то, что в ходе орбитального движения звезды затмевают друг друга, о чем свидетельствует периодическое ослабление их общего блеска, имеющее место, когда они по очереди ныряют друг за друга.

Во время наблюдения с помощью телескопа «Кеплер» внимание исследователей привлекли три дополнительных падения светимости звезд, которые не совпадали с затмениями звезд. Такое уменьшение блеска указывало на существование третьего, невидимого тела, которое закрывало небольшую часть света двойной звезды. Причем затмения происходили не через равные промежутки времени, что свидетельствовало о циркумбинарной орбите, при которой время прохождения сдвигается из-за вращения двойной звезды.

Как бы ни велико было желание найти реальный прообраз Татуина, распознать в загадочном объекте планету удалось не сразу. Это вполне могла быть и третья звезда, например Проксима Центавра, пролетающая на большом удалении мимо двойной системы по своей орбите. Развеять сомнения помогло влияние, оказываемое интервентом на орбиты звездной пары. Как и в случае с изменением времени прохождения, описанным в главе 6, гравитация третьего тела вызывала незначительные отклонения во времени, когда две звезды затмевали друг друга. Величина таких отклонений прямо зависит от массы дополнительного элемента в системе. В данном случае его вес соответствовал весу планеты.

Небо нового мира было, как у Татуина, но сам он не был ни каменистым, ни горячим. При размере, сопоставимом с размером Сатурна, Кеплер-16 b совершает полный оборот вокруг двух звезд за 229 суток. Хотя год на этой планете приблизительно равен году на Венере, из-за небольшого размера своих светил тепла она получает немного, а температура поверхности на ней, согласно расчетам, составляет –73 °C. По времени прохождения и затмений удалось определить массу планеты и ее радиус, что позволило вычислить среднюю плотность — 0,964 г/см³. Она выше, чем у Сатурна (плотность которого составляет 0,687 г/см³), но намного меньше, чем у планет земного типа. Вероятно, мы имеем дело с гибридным миром, наполовину состоящим из горных пород и льда, а наполовину — из толстой водородно-гелиевой атмосферы.

Если точно следовать официальным правилам, планета Кеплер-16 b должна называться иначе — Кеплер-16 (AB) b. Такое название отражает тот факт, что она обращается вокруг обеих звезд. Но, учитывая, что они образуют тесную систему, неоднозначное толкование исключено, и поэтому обозначение AB обычно опускают.

Обычное ли это явление — планеты на циркумбинарных орбитах? Или Кеплер-16 b — редкое исключение? В момент ее обнаружения более правдоподобным казалось второе.

На протопланетные диски вокруг одной звезды действует одна сила притяжения, а на диски, окружающие двойную звездную систему, — две. Увлекаемые вперед с удвоенным усилием, планетезимали в них разгоняются и сталкиваются на скоростях, исключающих возможность образования новых миров. К тому же, если в процессе формирования или миграции планета оказывается слишком близко к звездной паре, амплитуда колебаний гравитационных сил звезд при их движении вокруг общего центра будет настолько большой, что планета вряд ли сможет удерживаться на стабильной орбите. В итоге она либо угодит в одну из звезд, либо будет навсегда выброшена за пределы системы.

Кажется подозрительным, что Кеплер-16 b находится как раз у этого рубежа стабильности. Разница в размерах звезд системы Кеплер-16 очень велика, из-за чего более массивная звезда располагается вблизи общего центра массы. То есть самое массивное тело в системе «едва шевелится», пока его компаньон и планета движутся по своим орбитам, а значит, действующая на Кеплер-16 b сила гравитационного притяжения практически не меняется. Это может быть одним из факторов, позволивших циркумбинарной планете избежать печальной участи большинства ее родственниц.

Сложные условия формирования — не единственная проблема таких планет. К ним добавляется трудность их обнаружения. Для затменных двойных звезд и так характерно периодическое ослабление блеска, которое куда более выражено, чем то, которое вызывает проходящая планета. Еще одна проблема — пятна на звездах, влияние которых на яркость двойной звезды похоже на влияние проходящей по ее диску планеты.

Из-за неодинаковых интервалов между прохождениями циркумбинарных планет подтвердить, что источником падения яркости является обращающаяся вокруг звезды планета, также совсем не просто. При движении вокруг одиночной звезды время прохождения планеты можно рассчитать с такой высокой точностью, что отклонения от него могут использоваться при поиске скрытых планет. Однако прохождение планеты, обращающейся вокруг двойной звезды, — это прохождение по диску движущегося объекта. Поскольку и планета, и звездная пара находятся в движении, прохождения носят нерегулярный характер. Третье прохождение Кеплер-16 b по диску более яркой из двух звезд произошло на 8,8 суток раньше, чем прогнозировалось исходя из временного промежутка между первыми двумя прохождениями. Эта разница огромна, особенно в сравнении с отклонениями времени прохождения, вызываемыми ее собратьями в планетных системах, которые обычно измеряются в минутах и никогда не превышают нескольких часов.

Наконец, планета может никогда больше не пройти по дискам звезд. Из-за изменения гравитационного воздействия вращающихся солнц планета завершает движение по орбите не совсем там, где она его начинает. Она испытывает прецессию, которая постепенно приводит к изменению ее траектории движения. В конечном итоге это может привести к тому, что мы больше не сможем наблюдать прохождение планеты по дискам звезд. Согласно моделям долгосрочной эволюции Кеплер-16 b, прохождения планеты по диску большей из двух звезд прекратятся в начале 2018 г. и возобновятся около 2042 г. Последнее ее прохождение по диску меньшей звезды состоялось в мае 2014 г. До следующего, согласно расчетам, осталось 35 лет.

Несмотря на многочисленные препятствия, астрономы продолжали поиски. И дело было не только в желании найти прообраз вымышленной планеты с двумя солнцами. Возможность объединить результаты наблюдения за прохождениями с результатами наблюдения затмений в двойных системах позволяет определить характеристики планеты с исключительной степенью точности. Например, массу и радиус Кеплер-16 b удалось рассчитать с удивительно маленькими погрешностями — 4,8% и 0,34% соответственно. Шанс заполучить столь точные данные оправдывал усилия по поиску миров, обращающихся вокруг двойных звезд.

Новые открытия не заставили себя ждать. В поисках признаков проходящих планет с помощью телескопа «Кеплер» были обследованы 750 затменных двойных звезд с короткими орбитами с периодом менее одного земного года. Завершились они успехом: всего через 4 месяца после известия о существовании Кеплер-16 b были открыты еще две планеты, обращающиеся вокруг двойных звезд.

Эти планеты, получившие обозначения Кеплер-34 b и Кеплер-35 b, были газовыми гигантами и имели массы, сопоставимые с массой Сатурна. Кеплер-34 b движется по орбите вокруг двух солнцеподобных звезд, собственный период обращения которых составляет 28 суток. Планета совершает полный оборот вокруг пары за 289 суток. Кеплер-35 b обращается вокруг двух звезд меньшего размера с массами, равными приблизительно 80–90% массы Солнца. Период обращения звездной пары составляет 21 сутки; период обращения планеты — 131 сутки.

Орбиты всех трех находок лежат практически в одной плоскости (с отклонением не более 2%) с орбитами двойных звезд. Это означает, что планеты сформировались в протопланетном диске, окружавшем оба компонента тесной звездной пары. Если бы они были захвачены, то их орбиты были бы наклонены под разными углами — как орбиты комет, обращающихся вокруг Солнца. В каждой из трех систем существует лишь одна планета. Таким образом, возможность существования планет, обращающихся вокруг двойных звезд, была доказана. Но могла ли вокруг двух солнц сформироваться полноценная планетная система?

Ответ был получен осенью того же года при наблюдении за Кеплер-47 — двойной звездой, состоящей из солнцеподобного светила и его втрое меньшего и на 99% более тусклого компаньона. Две звезды образуют тесную пару с периодом обращения 7,45 суток и расстоянием между компонентами всего 0,08 а.е. Сначала казалось, что других объектов рядом со звездами нет. Наблюдение за периодами обращения не выявило никаких признаков взаимодействия со скрытым объектом. Но при анализе блеска звезд были обнаружены следы присутствия другого тела. Более того, были обнаружены по крайней мере две планеты, проходившие по диску большей из двух звезд.

Из-за отсутствия измеримого влияния на движение компонентов двойной системы оценить массы планет не представлялось возможным. Само по себе это обстоятельство указывало на то, что планеты не являются массивными газовыми гигантами размером с Юпитер. В противном случае их гравитационное притяжение оказывало бы влияние на двойную звезду. Результаты измерения радиусов во время прохождений подтвердили эту догадку. Внутренняя планета была в три раза больше Земли и имела период обращения 50 суток. Внешняя планета была крупнее — чуть больше 4,5 радиуса Земли. Полный оборот вокруг звезд она совершала за 303 суток. Это газовые планеты, но не такие большие, как Юпитер.

Близость внутренней планеты к звездам означает, что, скорее всего, она является горячим мини-нептуном с массой, предположительно равной половине массы нашего Нептуна, и толстой атмосферой. Размер второй планеты оказался ближе к размеру Нептуна, а условия на ее поверхности — менее суровыми, чем на Нептуне. Ни с одной из этих планет, к сожалению, не получится понаблюдать за заходом солнц. Однако то, что их по крайней мере две, свидетельствует о возможности существования целых систем, состоящих из миров, похожих на Татуин.

К началу 2015 г. было найдено уже с десяток миров, обращающихся вокруг двойных звезд. Учитывая, как трудно находить такие планеты, можно предположить, что при наблюдении было пропущено в 10 раз больше татуиноподобных миров. Двойные закаты, конечно, не относятся к числу самых распространенных явлений, но и большой редкостью их также вряд ли можно назвать. Однако на фоне открытых впоследствии миров, обращающихся вокруг как одиночных звезд, так и двойных систем, даже Татуин кажется чем-то заурядным.