Экзопланеты: TESS открыл новые миры в потоке молодых звезд

Используя данные Спутника наблюдений за транзитами экзопланет (TESS) от НАСА, международная группа астрономов обнаружила трио горячих миров, больших Земли, вращающихся вокруг гораздо младшей версии нашего Солнца под названием TOI 451.

Как рассказывают в НАСА, эта система находится в недавно открытом потоке Рыбы-Эридан, который представляет собой совокупность звезд, возрастом менее 3% от возраста нашей Солнечной системы, и простирается на треть неба.

Планеты были обнаружены на снимках TESS, сделанных в период с октября по декабрь 2018 года. Дальнейшие исследования TOI 451 и ее планет включали наблюдения, проведенные в 2019 и 2020 годах с помощью космического телескопа НАСА Спитцер, который с тех пор был выведен из эксплуатации, а также с многих наземных объектов. Архивные инфракрасные данные со спутника "Широкоугольный инфракрасный исследователь объектов, сближающихся с Землей" (NEOWISE) НАСА, собранные им между 2009 и 2011 годами, когда он имел предварительное прозвище WISE, свидетельствуют о том, что в системе содержится прохладный диск из пыли и каменистого мусора. Другие наблюдения показывают, что TOI 451, вероятно, имеет двух удаленных звездных спутников, которые кружат один вокруг другого далеко за пределами планет.

«Эта система отмечает много чего в списке для астрономов», - говорит Элизабет Ньютон, доцент кафедры физики и астрономии в колледже Дартмута в Ганновере, штат Нью-Гемпшир, которая руководила исследованием. «Ей всего 120 миллионов лет, а расстояние — всего 400 световых лет, что позволяет проводить детальные наблюдения за этой молодой планетной системой. А поскольку есть три планеты, размеры которых в два-четыре раза превышают Землю, они ставят особенно перспективные цели для тестирования теорий о том, как эволюционируют планетарные атмосферы».

Статья, сообщающая о выводах открытия, была опубликована 14 января в The Astronomical Journal и доступна онлайн.

Звездные потоки образуются, когда гравитация нашей галактики Млечный Путь разрывает звездные скопления или карликовые галактики. Отдельные звезды движутся вдоль начальной орбиты скопления, образуя удлиненную группу, которая постепенно рассеивается.

В 2019 году команда под руководством Стефана Мейнгаст из Венского университета использовала данные миссии Европейского космического агентства Gaia для выявления потока Рыбы-Эридан, названного в честь созвездий, содержащих наибольшие концентрации звезд. Простираясь через 14 созвездий, этот поток имеет длину около 1300 световых лет. Однако, изначально определенный возраст потока намного больший, чем мы считаем сейчас.

Позже, в 2019 году, исследователи под руководством Джейсона Кертиса из Колумбийского университета в Нью-Йорке проанализировали данные TESS для десятков участников потока. Младшие звезды вращаются быстрее, чем их старшие коллеги, и они также, как правило, имеют заметные звездные пятна — темные, прохладные области, как пятна на нашем Солнце. Поскольку эти пятна вращаются, входя и исходя из нашего поля зрения, они могут создавать незначительные колебания яркости звезд, которые может измерить TESS.

Измерения TESS показали очень много доказательств наличия звездных пятен и быстрого вращения среди звезд потока. Исходя из этого результата, Кертис и его коллеги обнаружили, что потоку было только 120 миллионов лет — подобно знаменитому скоплению Плеяд и в восемь раз моложе предыдущих оценок. Масса, молодость и близость потока Рыбы-Эридан делают его увлекательной фундаментальной лабораторией для изучения образования и эволюции звезд и планет.

«Благодаря покрытию TESS почти всего неба, измерения, которые могли бы поддержать поиск планет, вращающихся вокруг членов этого потока, были нам доступны, когда поток был идентифицирован», - говорит Джесси Кристиансен, соавтор статьи и заместитель научного руководителя "Архива экзопланет" NASA, центра для исследования миров за пределами нашей Солнечной системы, которым руководит Калтех в Пасадене, штат Калифорния. «Данные TESS продолжают позволять нам расширять границы того, что мы знаем об экзопланетах и их системах на долгие годы вперед».

Молодая звезда TOI 451, более известная астрономам как CD-38 1467, находится примерно в 400 световых годах в созвездии Эридан. Она имеет 95% массы нашего Солнца, но на 12% меньше, немного холоднее и излучает на 35% меньше энергии. TOI 451 вращается каждые 5,1 дня, что более чем в пять раз быстрее, чем Солнце.

TESS обнаруживает новые миры в поисках транзитов — небольших, регулярных затмений, которые возникают, когда планета проходит перед звездой с нашей точки зрения. Транзиты со всех трех планет видны из данных TESS. Команда Элизабет Ньютон получила измерения от Спитцера, которые подтвердили выводы TESS и помогли исключить возможные альтернативные объяснения. Дополнительные дальнейшие наблюдения поступили от обсерватории Лас-Камбрес — глобальной сети телескопов со штаб-квартирой в Голета, штат Калифорния, — и телескопа Пертский наблюдатель за экзопланетами в Австралии.

Даже самая отдаленная планета в системе TOI 451 вращается в три раза ближе, чем Меркурий когда-нибудь приближается к Солнцу, поэтому все эти миры являются достаточно горячими и неприветливыми для жизни, какой мы ее знаем. Оценки температуры варьируются от примерно 1200 градусов по Цельсию для самой внутренней планеты до примерно 450 C для самой внешней.

Планета TOI 451 b осуществляет оборот каждые 1,9 дня, она примерно в 1,9 раза больше размера Земли, а ее расчетная масса колеблется от 2 до 12 раз больше земной. Следующая планета, TOI 451 c, осуществляет оборот каждые 9,2 дня, примерно в три раза больше Земли и имеет массу между 3 и 16 массами Земли. Самый дальний и самый большой мир, TOI 451 d, вращается вокруг звезды каждые 16 дней, он в четыре раза больше нашей планеты и весит от 4 до 19 масс Земли.

Астрономы ожидают, что такие большие планеты сохранят большую часть атмосферы, несмотря на сильное тепло от близко расположенной звезды. Различные теории о том, как атмосферы развиваются со временем к тому возрасту, которого достигла TOI 451, предсказывают широкий спектр свойств. Наблюдение за звездным светом, проходящим через атмосферу этих планет, позволит изучить эту фазу развития и может помочь в ограничении современных моделей.

Поток Рыбы-Эридан охватывает 1300 световых лет, раскинувшись на 14 созвездий и треть неба. Желтые точки показывают местонахождение известных или подозреваемых членов, а TOI 451 обведена. Наблюдение TESS показывают, что потоку около 120 миллионов лет, что сопоставимо со знаменитым скоплением Плеяд в Тельце (вверху слева). NASA's Goddard Space Flight Center

«Измеряя звездный свет, который проникает в атмосферу планеты с разной длиной волны, мы можем сделать вывод о ее химическом составе и наличии облаков или высотных дымок», - говорит Элиза Кинтана, астрофизик Центра космических полетов НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд «Планеты TOI 451 предлагают замечательные цели для таких исследований с помощью Хаббла и будущего космического телескопа Джеймса Вебба».

Наблюдение WISE показывают, что система очень яркая в инфракрасном свете, невидимого для человеческого глаза, на длинах волн 12 и 24 микрометров. Это говорит о наличии мусорного диска, где каменистые астероидоподобные тела сталкиваются и растираются в пыль. Хотя Ньютон и ее команда не могут определить размер диска, они представляют его как рассеянное кольцо камней и пыли, сосредоточенный примерно так же далеко от звезды, как Юпитер от нашего Солнца.

Исследователи также изучили тусклую соседнюю звезду, которая на изображениях TESS появляется на расстоянии примерно два пикселя от TOI 451. На основе данных Геи команда Ньютон определила, что эта звезда является гравитационно связанным компаньоном, расположенным так далеко от TOI 451, что ее свету нужно 27 дней, чтобы добраться туда. На самом деле, исследователи считают, что компаньон, скорее всего, является бинарной системой из двух карликовых звезд М-типа, каждая из которых имеет примерно 45% массы Солнца и излучает только 2% его энергии.

Читайте еще интересные новости о космосе.