Суперземля Ross 508b проходит через зону обитаемости красного карлика

С помощью инфракрасного спектрографа открыта суперземля с массой примерно в четыре раза больше массы Земли, которая расположена вблизи зоны жизнепригодности своей звезды-красного карлика. Такая планета может быть способна удерживать воду на своей поверхности и станет важной целью будущих наблюдений для проверки возможности существования жизни вокруг звезд малой массы.

Об этом рассказывают в Национальном институте естественных наук Японии, передают OstanniPodii.com.

Экзопланетные исследования, добившиеся большого прогресса в последние годы после открытия планеты-гиганта вокруг звезды, похожей на наше Солнце, теперь сосредоточены на красных карликах, имеющих меньшую массу, чем Солнце. Красные карлики, составляющие три четверти звезд в нашей галактике и существующие в большом количестве в окрестностях нашей Солнечной системы, являются отличными целями для поиска экзопланет по соседству с нами. Открытие таких близко расположенных экзопланет, а также детальные наблюдения за их атмосферами и слоями поверхности позволят нам обсудить наличие или отсутствие жизни в средах, сильно отличающихся от условий нашей Солнечной системы.

Однако красные карлики очень тусклые в видимом свете из-за низкой температуры своей поверхности, составляющей менее 4 000 градусов. Предыдущие поиски планет с помощью спектрометров видимого света обнаружили лишь несколько планет вокруг очень близких красных карликов, таких как Проксима Центавра b. В частности, красные карлики с температурой поверхности ниже 3000 градусов (красные карлики позднего типа) не подвергались систематическому поиску планет. Транзитный метод, обнаруживающий изменения звездной яркости при прохождении планеты перед звездой, не нуждается в таком количестве фотонов, как спектроскопический метод Доплера, поэтому поиск планет вокруг красных карликов с помощью транзитного метода в последние годы развивается. Поиск транзитных планет с помощью спутника TESS (Спутник обзора транзитов экзопланет) позволяет выявить планеты земного типа вокруг тяжелых красных карликов (красных карликов раннего типа).

Хотя красные карлики являются важными объектами для изучения жизни во Вселенной, их трудно наблюдать, поскольку они слишком тусклы в видимом свете. Чтобы решить трудности, связанные со спектроскопическими наблюдениями красных карликов, давно ожидался поиск планет с помощью высокоточного спектрографа в инфракрасном диапазоне, где красные карлики относительно яркие. Например, яркость Солнца, видимого с расстояния 30 световых лет, составляет пять величин в видимом свете и три в инфракрасном. Не считая этого, самые светлые красные карлики позднего типа совсем тусклые в видимом свете в 19 величин, но относительно яркие в инфракрасном в 11 величин.

Центр астробиологии в Японии успешно разработал IRD (Инфракрасный доплеровский прибор), первый в мире высокоточный инфракрасный спектрограф для телескопов 8-метрового класса. IRD, установленный на телескопе Субару, способен обнаруживать малейшие колебания скорости звезды, примерно как скорость ходьбы человека.

Транзитный метод может выявить только те планеты, орбиты которых проходят вдоль линии визирования, тогда как доплеровский метод может обнаруживать планеты независимо от их ориентации относительно небесной плоскости. Этот метод также важен тем, что с его помощью можно определить "массу" планеты.

Стратегическая программа Subaru IRD (IRD-SSP) по поиску планет вокруг красных карликов позднего типа стартовала в 2019 году. Это первый систематический поиск планет вокруг красных карликов позднего типа и международный проект, в котором участвует около 100 исследователей. В первые два года проводились скрининговые наблюдения для поиска "стабильных" красных карликов с низким уровнем шума, где можно найти даже небольшие планеты. Красные карлики имеют высокую поверхностную активность, например вспышки, и эта поверхностная активность может вызвать изменения скорости движения звезды в пределах прямой видимости, даже если планет не существует. Поэтому стабильные красные карлики с низкой поверхностной активностью являются объектами поиска малых землеподобных планет.

В настоящее время проект находится на стадии интенсивных наблюдений около 50 перспективных красных карликов позднего типа, тщательно отобранных в результате скрининга.

Первая экзопланета, обнаруженная IRD-SSP, находится на расстоянии около 37 световых лет от Земли, вокруг звезды-красного карлика Ross 508, масса которой составляет одну пятую массы Солнца. Это первая экзопланета, обнаруженная в результате систематического поиска с использованием инфракрасного спектрометра.

Чтобы подтвердить, что периодическое колебание Ross 508 действительно вызвано планетой, команда IRD-SSP определила несколько индикаторов звездной активности, которые могут дать ложный результат о наличии планеты (например, изменения в звездной яркости и форме некоторых эмиссионных линий), и показала, что период этих индикаторов заметно отличается от наблюдаемого планетарного периода. Это более сложная задача, чем использование доплеровского метода для подтверждения кандидатов в планеты, о которых сообщалось ранее транзитным методом, но это важный метод обнаружения нетранзитных планет.

Минимальная масса этой планеты, Ross 508b, в четыре раза превышает массу Земли. Ее среднее расстояние от центральной звезды в 0,05 раза превышает расстояние Земля-Солнце, расположенное на внутреннем краю пригодной для жизни зоны. Интересно, что планета, скорее всего, имеет эллиптическую орбиту, и в этом случае она будет пересекать зону обитаемости с орбитальным периодом около 11 дней (рис. 1 и 2).

Рисунок 2: Периодические изменения скорости прямой видимости звезды Ross 508, наблюдаемой IRD. Она обращена вокруг орбитального периода планеты Ross 508b (10,77 дня). Изменение скорости прямой видимости Ross 508 составляет менее 4 метров в секунду, что указывает на то, что IRD зафиксировал очень маленькое колебание, которое медленнее бега человека. Красная кривая лучше всего соответствует наблюдениям, и её отклонения от синусоидальной кривой свидетельствуют о том, что орбита планеты, скорее всего, эллиптическая. Credit: Harakawa et al. 2022

Планеты в жилой зоне могут удерживать воду на поверхности и быть источником жизни. Ross 508b станет важной целью для будущих наблюдений, чтобы проверить возможность обитания на планетах вокруг красных карликов. Также важны спектроскопические наблюдения за молекулами и атомами в атмосфере планеты, тогда как современные телескопы не могут получить прямое изображение планеты из-за ее близости к центральной звезде. В будущем она станет одной из целей поиска жизни с помощью телескопов 30-метрового класса.

До сих пор было известно лишь три планеты, вращающиеся вокруг таких маломассивных звезд, включая Проксиму Центавра b. Ожидается, что IRD-SSP будет продолжать открывать новые планеты.

"Ross 508b - это первое успешное обнаружение суперземли с использованием только спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне. До этого при обнаружении планет с низкой массой, таких как суперземли, только наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне не были достаточно точными, и требовалась проверка с помощью высокоточных скорости линии прямой видимости в видимом свете.Это исследование показывает, что IRD-SSP один способен обнаруживать планеты, и ясно демонстрирует преимущество IRD-SSP в его способности вести поиск с высокой точностью даже для красных карликов позднего типа, слишком тусклых для наблюдения в видимом свете", - говорит д-р Хироки Харакава (NAOJ телескоп Субару), ведущий автор статьи об открытии.

"Прошло 14 лет с начала разработки IRD. Мы продолжали наши разработки и исследования с надеждой найти планету, такую ​​же, как Ross 508b. Это открытие стало возможным благодаря высокой инструментальной производительности IRD, большой апертуре телескопа Субару и стратегической схеме наблюдений, которая позволила интенсивно и часто собирать данные. Мы стремимся к новым открытиям", - говорит профессор Буньей Сато (Токийский технологический институт), главный исследователь IRD-SSP.

Эти результаты появились в журнале Astronomical Society of Japan 30 июня 2022 г. в статье под названием Harakawa et al. "Суперземля, вращающаяся вблизи внутреннего края зоны обитаемости вокруг M4.5-карлика Ross 508".

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