Відкрито нову екзопланету із ймовірною наявністю атмосфери

Міжнародна група вчених виявила нову, помірну екзопланету субнептунного розміру із 24-денним орбітальним періодом, яка обертається навколо недалеко розташованої карликової зірки М-типу.

Це нове відкриття пропонує захопливі можливості для досліджень завдяки наявності у планети істотної атмосфери, маленькій зірці та тому, як швидко система рухається від Землі, розповідають в Університеті Нью-Мексико (UNM).

Дослідження, проведене вченими Лабораторії реактивного руху (JPL) НАСА та вказаного вишу під назвою “TOI-1231 b: Помірна, розміром з Нептун планета, що проходить перед недалеким M3-карликом NLTT 24399”, буде опубліковане у наступному випуску “The Astronomical Journal”.

Екзопланета “TOI-1231 b” була виявлена за допомогою фотометричних даних із Супутника спостережень за транзитами екзопланет (TESS) та подальших спостережень за допомогою Спектрографа Шукача планет (PFS) на Магеллановому телескопі Clay в обсерваторії Лас Кампанас в Чилі.

PFS — це складний прилад, який виявляє екзопланети через їхній гравітаційний вплив на свої зірки. Коли планети обертаються навколо своїх зірок, виміряні швидкості зірок періодично змінюються, розкриваючи присутність планет та інформацію про їх масу та орбіту.

Стратегія спостережень, прийнята для TESS, яка розділяє кожну півсферу на 13 секторів, які обстежуються впродовж приблизно 28 днів, забезпечує найповніший пошук транзитних планет. Цей підхід уже довів свою здатність виявляти як великі, так і малі планети навколо зірок, починаючи від схожих на Сонце і закінчуючи зірками-карликами М-типу з низькими масами. Карликові зірки М-типу, також відомі як червоні карлики, є найпоширенішим типом зірок в Чумацькому Шляху — становлять близько 70 відсотків усіх зірок в нашій галактиці.

M-карлики менші, мають лише частку маси Сонця та низьку світність. Оскільки М-карлик менший, то коли планета певного розміру проходить перед зіркою, кількість світла, яке блокується планетою, стає більшим, що полегшує виявлення транзиту. Уявіть, що подібна до Землі планета, що проходить перед зіркою розміром із Сонце, блокуватиме незначну частку світла; але якщо вона проходить перед зіркою, яка набагато менша, частка заблокованого світла буде більшою. У певному сенсі, це створює більшу тінь на поверхні зірки, що робить планети навколо М-карликів легшими для виявлення та простішими для вивчення.

Попри те, що стратегія опитування TESS дозволяє виявляти екзопланети по всьому небу, вона також призводить до значних відхилень у спостереженнях, які ґрунтуються на орбітальному періоді.

Екзопланети повинні проходити повз свої зірки щонайменше двічі в межах проміжку спостереження TESS, щоб вони були виявлені з правильним періодом за допомогою конвеєра “Операційного центру наукової обробки” (SPOC) та “Конвеєра швидкого пошуку” (QLP), які здійснюють пошук в даних TESS із 2-хвилинною та 30-хвилинною каденціями відповідно. Оскільки 74 відсотки від загального покриття неба TESS спостерігаються лише протягом 28 днів, більшість виявлених TESS екзопланет мають періоди менш як 14 днів. Тому, 24-денний період “TOI-1231 b” робить її відкриття ще більш цінним.

Вчений Лабораторії реактивного руху НАСА, провідний автор роботи Дженніфер Берт,  разом зі своїми співробітниками, включаючи доцента кафедри фізики та астрономії UNM Діану Драгомір, виміряли радіус і масу планети.

“Працюючи з групою чудових астрономів по всьому світу, ми змогли зібрати дані, необхідні для характеристики зорі-хазяйки та вимірювання як радіуса, так і маси планети”, - сказав Берт. “Ці значення, своєю чергою, дозволили нам розрахувати об’ємну щільність планети та висунути гіпотезу про те, з чого планета складається. TOI-1231 b за розміром і щільністю дуже схожа на Нептун, тому ми вважаємо, що в ній є така ж велика газоподібна атмосфера”.

Новини за подібною темою:

		"Габбл" і "Нові горизонти" одночасно націлилися на Уран для подальшого вивчення екзопланет
		Вчені відкрили планету, що обертається навколо найближчої до нашого Сонця поодинокої зорі
		"Вебб" виявив на "пухкій" екзопланеті несподівану асиметрію її атмосфери

“Ще однією перевагою екзопланет, що обертаються навколо М-карликів, є те, що ми можемо легше вимірювати їх маси, оскільки відношення маси планети до маси зірки також більше. Коли зірка менша і менш масивна, це робить методи виявлення ефективнішими, тому що планета раптом починає відігравати більшу роль, оскільки вона легше виділяється стосовно зірки”, - пояснює Драгомир. “Як тінь, кинута на зірку. Чим менша зірка, чим менш масивна зірка, тим більший вплив планети можна виявити”.

"Попри те, що TOI 1231 b у вісім разів ближче до своєї зірки, ніж Земля до Сонця, її температура подібна до температури Землі завдяки своїй прохолоднішій і менш яскравій зірці", - говорить Драгомир. "Однак сама планета насправді більша за Землю і трохи менша від Нептуна — ми могли б назвати її субнептуном".

Берт і Драгомир, які фактично почали це дослідження, коли були співробітниками Інституту Кавлі Массачусетського технологічного інституту, працювали з науковцями, які спеціалізуються на спостереженні та характеристиці атмосфер малих планет, щоб з'ясувати, які поточні та майбутні космічні місії можуть заглянути у зовнішні шари TOI 1231 b та повідомити дослідникам, які саме гази кружляють навколо планети. З температурою близько 330 Кельвінів або 60 градусів за Цельсієм, TOI-1231 b є однією з найпрохолодніших, невеликих екзопланет, доступних для атмосферних досліджень, виявлених до цього часу.

Минулі дослідження показують, що у таких прохолодних планет хмари можуть бути високо в атмосфері, що ускладнює визначення типів газів, які їх оточують. Але нові спостереження за іншою маленькою, прохолодною планетою під назвою K2-18 b зламали цю тенденцію і показали свідчення наявності води в її атмосфері, що здивувало багатьох астрономів.

“TOI-1231 b — одна з єдиних відомих нам планет подібного розміру та діапазону температур, тому майбутні спостереження за цією новою планетою дозволять нам визначити, наскільки часто (або рідко) утворюються водяні хмари навколо цих помірних світів”, - сказав Берт.

Крім того, завдяки високій яскравості її зірки у ближньому інфрачервоному діапазоні, вона являє собою захопливу мішень для майбутніх місій за участю космічного телескопа Хаббл (HST) та космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST). Перший комплекс таких спостережень, очолюваний одним із співавторів статті, повинен відбутися пізніше цього місяця за допомогою космічного телескопа Хаббл.

“Низька щільність TOI-1231 b свідчить про те, що вона скоріш оточена значною атмосферою, а не є лише кам’янистою планетою. Але склад і протяжність цієї атмосфери невідомі! " - сказала Драгомир. “TOI-1231 b могла б мати велику водневу або водневогелієву атмосферу, або щільнішу атмосферу з водяної пари. Кожен з них варіантів вказував би на різне походження, дозволяючи астрономам зрозуміти, чи формуються планети навколо М-карликів по-іншому, у порівнянні з планетами навколо нашого Сонця, наприклад. Наші майбутні спостереження HST почнуть відповідати на ці запитання, і JWST обіцяє ще більш ретельний погляд на атмосферу планети”.

Інший спосіб вивчити атмосферу планети — дослідити, чи видувається газ, шляхом пошуку свідчень того, що атоми, такі як водень та гелій, оточують планету під час її проходу перед обличчям своєї зірки. Як правило, атоми водню практично неможливо виявити, оскільки їх присутність маскується міжзоряним газом. Але ця планетнозоряна система пропонує унікальну можливість застосувати цей метод через те, як швидко вона рухається від Землі.

“Одним з найбільш цікавих результатів за останні два десятиліття науки про екзопланети є те, що досі жодна з нових планетних систем, які ми виявили, не виглядає нічим схожим на нашу власну Сонячну систему ”, - сказав Берт. “В них повно планет розміром від Землі до Нептуна на орбітах, набагато коротших за Меркурій, тому у нас немає жодних локальних прикладів для порівняння. Ця нова планета, яку ми відкрили, все ще дивна, але вона на крок ближче до того, щоб бути дещо схожою на наші планети-сусідки. У порівнянні з більшістю планет, виявлених транзитним методом до цього часу, температура у яких часто сягає сотні чи тисячі градусів, TOI-1231 b — просто фригідна”.

На закінчення, Драгомір роздумує, що “ця планета приєднується до ряду лише двох-трьох інших недалеко розташованих невеликих екзопланет, які будуть ретельно вивчатися за кожним зручним випадком та за допомогою широкого спектра телескопів впродовж багатьох років, тому слідкуйте за новими подіями щодо TOI -1231 b!”

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Екзопланети