Открыта новая экзопланета с вероятным наличием атмосферы

Международная группа ученых обнаружила новую, умеренную экзопланету субнептунного размера с 24-дневным орбитальным периодом, которая вращается вокруг недалеко расположенной карликовой звезды М-типа.

Это новое открытие предлагает захватывающие возможности для исследований благодаря наличию у планеты существенной атмосферы, маленькой звезде и тому, как быстро система движется от Земли, рассказывают в Университете Нью-Мексико (UNM).

Исследование, проведенное учеными Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА и указанного вуза под названием "TOI-1231 b: Умеренная, размером с Нептун планета, проходящая перед недалеким M3-карликом NLTT 24399", будет опубликовано в следующем выпуске "The Astronomical Journal" .

Экзопланета "TOI-1231 b" была обнаружена с помощью фотометрических данных со Спутника наблюдений за транзитами экзопланет (TESS) и дальнейших наблюдений с помощью Спектрографа Искателя планет (PFS) на Магеллановом телескопе Clay в обсерватории Лас Кампанас в Чили.

PFS — это сложный прибор, обнаруживающий экзопланеты посредством их гравитационного воздействия на свои звезды. Когда планеты вращаются вокруг своих звезд, измеренные скорости звезд периодически меняются, раскрывая присутствие планет и информацию об их массе и орбите.

Стратегия наблюдений, принятая для TESS, которая разделяет каждую полусферу на 13 секторов, обследуемын в течение примерно 28 дней, обеспечивает наиболее полный поиск транзитных планет. Этот подход уже доказал свою способность обнаруживать как крупные, так и малые планеты вокруг звезд, начиная от похожих на Солнце и заканчивая звездами-карликами М-типа с низкими массами. Карликовые звезды М-типа, также известные как красные карлики, является наиболее распространенным типом звезд в Млечном Пути — составляют около 70 процентов всех звезд в нашей галактике.

M-карлики меньше, имеют лишь долю массы Солнца и низкую светимость. Поскольку М-карлик меньше, то когда планета определенного размера проходит перед звездой, количество света, который блокируется планетой, становится больше, что облегчает выявление транзита. Представьте, что подобная Земле планета, проходя перед звездой размером с Солнце, будет блокировать незначительную долю света; но если она проходит перед звездой, которая намного меньше, доля заблокированного света будет больше. В определенном смысле, это создает большую тень на поверхности звезды, что делает планеты вокруг М-карликов более легко обнаруживаемыми и более простыми для изучения.

Несмотря на то, что стратегия опроса TESS позволяет выявлять экзопланеты по всему небу, она также приводит к значительным отклонениям в наблюдениях, основанных на орбитальном периоде.

Экзопланеты должны проходить мимо своих звезд минимум дважды в пределах промежутка наблюдения TESS, чтобы они были обнаружены с правильным периодом с помощью конвейера "Операционного центра научной обработки" (SPOC) и "Конвейера быстрого поиска" (QLP), которые осуществляют поиск в данных TESS с 2-минутными и 30-минутными каденциями соответственно. Поскольку 74 процента от общего покрытия неба TESS наблюдаются только в течение 28 дней, большинство выявленных TESS экзопланет имеют периоды менее 14 дней. Поэтому, 24-дневный период "TOI-1231 b" делает ее открытие еще более ценным.

Ученый Лаборатории реактивного движения НАСА, ведущий автор работы Дженнифер Берт, вместе со своими сотрудниками, включая доцента кафедры физики и астрономии UNM Диану Драгомир, измерили радиус и массу планеты.

"Работая с группой замечательных астрономов по всему миру, мы смогли собрать данные, необходимые для характеристики звезды-хозяйки и измерения как радиуса, так и массы планеты", - сказал Берт. "Эти значения, в свою очередь, позволили нам рассчитать объемную плотность планеты и выдвинуть гипотезу о том, из чего планета сделана. TOI-1231 b по размеру и плотности очень похожа на Нептун, поэтому мы считаем, что в ней есть такая же большая газообразная атмосфера".

"Еще одним преимуществом экзопланет, вращающихся вокруг М-карликов, является то, что мы можем легче измерять их массы, поскольку отношение массы планеты к массе звезды также больше. Когда звезда меньшая и менее массивная, это делает методы выявления более эффективными, так как планета вдруг начинает играть большую роль, поскольку она легче выделяется относительно звезды", - объясняет Драгомир. "Как тень, брошенная на звезду. Чем меньше звезда, чем менее массивная звезда, тем большее влияние планеты можно обнаружить".

"Несмотря на то, что TOI 1231 b в восемь раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, ее температура подобна температуре Земли благодаря своей прохладной и менее яркой звезде", - говорит Драгомир. "Однако сама планета на самом деле больше Земли и немного меньше Нептуна — мы могли бы назвать ее субнептуном".

Берт и Драгомир, которые фактически начали это исследование, когда были сотрудниками Института Кавли Массачусетского технологического института, работали с учеными, специализирующимися на наблюдениях и характеристике атмосфер малых планет, чтобы выяснить, какие текущие и будущие космические миссии могут заглянуть во внешние слои TOI 1231 b и сообщить исследователям, какие именно газы кружат вокруг планеты. С температурой около 330 Кельвинов или 60 градусов по Цельсию, TOI-1231 b является одной из самых прохладных, небольших экзопланет, доступных для атмосферных исследований, выявленных до сих пор.

Прошлые исследования показывают, что в таких прохладных планетах облака могут быть высоко в атмосфере, что затрудняет определение типов газов, которые их окружают. Но новые наблюдения за другой маленькой, холодной планетой под названием K2-18 b сломали эту тенденцию и показали свидетельство наличия воды в ее атмосфере, что удивило многих астрономов.

"TOI-1231 b — одна из единственных известных нам планет подобного размера и диапазона температур, поэтому будущие наблюдения за этой новой планетой позволят нам определить, насколько часто (или редко) образуются водяные облака вокруг этих умеренных миров", - сказал Берт.

Кроме того, благодаря высокой яркости ее звезды в ближнем инфракрасном диапазоне, она представляет собой увлекательную мишень для будущих миссий с участием космического телескопа Хаббл (HST) и космического телескопа Джеймса Вебба (JWST). Первый комплекс таких наблюдений, возглавляемый одним из соавторов статьи, должен состояться позже в этом месяце с помощью космического телескопа Хаббл.

"Низкая плотность TOI-1231 b свидетельствует о том, что она скорее окружена значительной атмосферой, а не является лишь каменистой планетой. Но состав и протяженность этой атмосферы неизвестны!"- сказала Драгомир."TOI-1231 b могла бы иметь большую водородную или водородно-гелиевую атмосферу, или плотную атмосферу из водяного пара. Каждый из этих вариантов указывал бы на различное происхождение, позволяя астрономам понять, формируются ли планеты вокруг М-карликов по-другому, по сравнению с планетами вокруг нашего Солнца, например. Наши будущие наблюдения HST начнут отвечать на эти вопросы, и JWST обещает еще более тщательный взгляд на атмосферу планеты".

Другой способ изучить атмосферу планеты — исследовать, выдувается ли газ, путем поиска свидетельств того, что атомы, такие как водород и гелий, окружают планету во время ее прохода перед лицом своей звезды. Как правило, атомы водорода практически невозможно обнаружить, поскольку их присутствие маскируется межзвездным газом. Но эта планетно-звездная система предлагает уникальную возможность применить этот метод из-за того, как быстро она движется от Земли.

"Одним из наиболее интересных результатов за последние два десятилетия науки о экзопланетах является то, что до сих пор ни одна из новых планетных систем, обнаруженных нами, не выглядит ничем похожим на нашу собственную Солнечную систему ", - сказал Берт. "У них полно планет размером от Земли до Нептуна на орбитах, гораздо более коротких Меркурия, поэтому у нас нет никаких локальных примеров для сравнения. Эта новая планета, которую мы открыли, все еще странная, но она на шаг ближе к тому, чтобы быть несколько похожей на наши планеты-соседки. По сравнению с большинством планет, обнаруженных транзитным методом до сих пор, температура у которых часто достигает сотни или тысячи градусов, TOI-1231 b — просто фригидная".

В заключение, Драгомир размышляет, что "эта планета присоединяется к ряду только двух-трех других недалеко расположенных небольших экзопланет, которые будут тщательно изучаться с каждым удобным случаем и с помощью широкого спектра телескопов на протяжении многих лет, поэтому следите за новыми событиями о TOI -1231 b!"

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.