Исследователи подтвердили наличие двух теплых юпитеров вокруг карликовой звезды

Ученые из Университета Нью-Мексико и Массачусетского технологического института обнаружили и подтвердили наличие двух самых долгопериодических экзопланет, найденных на сегодняшний день прибором TESS.

Эти крупные экзопланеты с большим периодом обращения обращаются вокруг карликовой звезды K и принадлежат к классу планет, известных как теплые юпитеры, с орбитальными периодами 10-200 дней и радиусом, по крайней мере, в шесть раз превышающим земной. Это недавнее открытие открывает захватывающие возможности для будущих исследований, связанных с поиском планет с большим периодом существования, похожих на планеты нашей Солнечной системы.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Экзопланеты TOI-4600 b и c были обнаружены с помощью фотометрических данных спутника Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), после чего были проведены наблюдения с помощью наземных телескопов, поскольку они обеспечивают лучшее разрешение.

Принятая НАСА стратегия наблюдений TESS, при которой каждое полушарие делится на 13 секторов, которые обследуются в течение примерно 28 дней, обеспечивает наиболее полный поиск транзитных планет по всему небу. Этот подход уже доказал свою способность обнаруживать как большие, так и малые планеты вокруг различных типов звезд. В случае TOI-4600 звезда представляет собой K-карликовую звезду, также известную как оранжевый карлик, — звезды, которые немного меньше и холоднее Солнца.

Для того чтобы экзопланеты были обнаружены с правильным периодом с помощью конвейера SPOC (Science Processing Operations Center) и Quick Look Pipeline (QLP), которые осуществляют поиск данных TESS с 2-минутной и 30-минутной каденцией соответственно, они должны пройти через свои звезды-хозяева не менее двух раз за время наблюдений TESS. Поскольку 74% всего покрытия неба TESS наблюдается только в течение 28 дней, большинство обнаруженных TESS экзопланет имеют периоды менее 40 дней. Поэтому периоды TOI-4600 b, составляющие 82,69 дня, или почти 3 месяца, и TOI-4600 c, составляющие 482,82 дня, или 16 месяцев, делают их открытия еще более ценными.

Исмаэль Мирелес (Ismael Mireles), ведущий автор статьи, и его соавторы, включая Диану Драгомир (Diana Dragomir), доцента кафедры физики и астрономии Университета Нью-Мексико, а также сотрудников из Массачусетского технологического института и Бернского университета, проанализировали данные с целью измерения периодов и размеров этих планет.

После первоначального обнаружения транзитов Мирелесу и его команде пришлось подтвердить, что это действительно планеты, и определить, какой сигнал исходит от звезды. Диагностические инструменты TESS показали, что сигналы, поступающие от целевого объекта, действительно соответствуют действительности. С помощью TESS-Follow-up Observing Program (TFOP) Subgroup 1 (SG1), глобальной сети профессиональных астрономов и астрономов-любителей, имеющих доступ к малым и большим телескопам, они наблюдали транзит, подтвердив тем самым, что планета действительно находится у цели. Еще одним фактором, который пришлось учитывать Мирелесу и его команде, были массы и размеры планет. Для этого они заменили измерения скорости на наблюдение за тем, насколько сильно колеблется звезда-хозяин, поскольку звезда-хозяин будет тянуть за собой планету.

Когда мы получили результаты измерений, мы наблюдали очень слабое движение целевой звезды. Поэтому, когда вы начинаете, вы можете быть ответственны за то, что мы видели. Эти две вещи вместе практически исключали такую возможность. В тот момент мы были уверены, что у нас две планеты, — заявляет Мирелес.

Исследователи обнаружили эти две планеты, причем внутренняя планета TOI-4600 b имеет длительность 82,69 суток и радиус, который чуть меньше семикратного радиуса Земли. По размеру она находится между Нептуном и Сатурном. Температура этой планеты, TOI-4600 b, составляет около 170 градусов по Фаренгейту, что жарко, но холоднее, чем у многих планет, найденных астрономами. Вторая найденная планета, TOI-4600 c, имеет радиус, примерно в девять с половиной раз превышающий радиус Земли, то есть по размерам она приблизительно равна Сатурну. При первом наблюдении TESS за звездой она прошла транзитом только один раз, а затем прошла транзитом второй раз почти три года спустя.

После двух транзитов появляется представление о том, какими могут быть периоды. Это может быть 965 дней, разделяющих их, половина этого периода, треть, четверть и т.д. Более короткие периоды можно исключить, поскольку TESS наблюдал звезду в течение длительного времени, поэтому у него осталось только два периода: 965 дней или половина этого времени, — поясняет Мирелес.

Исследователи использовали модель, разработанную сотрудником Хью Осборном из Бернского университета, для сравнения возможных орбитальных периодов и определения наиболее вероятного из них, и пришли к выводу, что более вероятной является половина от 965, или 482,82 суток, если быть точным. Период обращения TOI-4600 c, составляющий 482,82 дня, делает ее самой долгопериодической планетой, обнаруженной TESS на сегодняшний день, а температура около -110 градусов по Фаренгейту делает ее одной из самых холодных планет, обнаруженных TESS.

Кэтрин Хесс, руководитель отдела TOI и проверки в Массачусетском технологическом институте, сотрудничала с Мирелесом и его командой в анализе данных, полученных с TESS. Гесс помогла обработать и проанализировать большой объем данных и поместить систему в контекст других многопланетных систем, обнаруженных миссиями, включая TESS. Сравнение системы TOI-4600 с другими обнаруженными экзопланетными системами позволяет изучить такие характеристики, как время формирования и процессы, и помогает исследователям начать рассматривать эту систему в более широком контексте экзопланетных систем.

Главное — попытаться больше узнать о формировании планет, поскольку, судя по тому, что мы знаем об обнаруженных экзопланетах, пока ничто не похоже на Солнечную систему. Самое интересное, что мы хотим узнать о формировании этих планет. Сейчас у нас более 5 000 экзопланет, но ни одна из этих систем не похожа на Солнечную систему. Поэтому мы хотим выяснить, как формировались и мигрировали эти различные типы систем, — говорит Мирелес.

Мирелес и исследователи заинтересовались этими результатами из-за обнаружения двух планет-гигантов с длинным периодом, что является конфигурацией, которую астрономы не часто видят, даже если в найденной Солнечной системе есть четыре гигантских долгопериодических планеты или одна с длинным периодом. Это побуждает к дальнейшим исследовательским дискуссиям и вопросам, как отмечает Мирелес: «Мы хотим выяснить, как они образовались? Есть ли в этой системе другие планеты? Говорит ли это нам о том, как эти планеты-гиганты влияют на меньшие планеты, которые могут быть или не быть в этой системе, и почему их там нет? Мы еще многое хотим выяснить, и это многое скажет нам о формировании планет».

В заключение Мирелес призывает гражданских ученых и любителей астрономии принять участие в этом научном открытии. В понедельник, 16 октября, для тех, кто заинтересован и хочет наблюдать транзит, будет еще одна возможная транзитная возможность, чтобы еще раз подтвердить, что период внешней планеты действительно составляет 482 дня. Люди с телескопами даже меньшего размера могут принять участие в наблюдении, если у них есть соответствующие инструменты.

Безусловно, есть гражданские ученые или астрономы-любители с собственными телескопами, которые помогают нам в проведении всех этих наблюдений. Есть группа людей, имеющих доступ к телескопам, которые, по сути, подтверждают факт транзитного события у интересующей нас звезды, — говорит Мирелес.

«Люди, которые находятся на пенсии или имеют другую работу, но при этом являются астрономами-любителями, предоставляют очень полезные данные для проверки этих планет. Результаты, которые они получают, отличаются профессиональным качеством. Усилия этих преданных своему делу гражданских ученых очень важны для процесса подтверждения этих планет», — заключает Драгомир, доцент кафедры физики и астрономии UNM.

31.08.2023