Екзопланети: TESS відкрив нові світи у потоці молодих зірок

Використовуючи дані Супутника спостережень за транзитами екзопланет (TESS) від НАСА, міжнародна група астрономів виявила тріо гарячих світів, більших за Землю, які обертаються навколо набагато молодшої версії нашого Сонця під назвою TOI 451.

Як розповідають в НАСА, ця система знаходиться в нещодавно відкритому потоці Риби-Ерідан, який являє собою сукупність зірок, віком менше 3% від віку нашої Сонячної системи, і простягається на третину неба.

Планети були виявлені на знімках TESS, зроблених у період з жовтня по грудень 2018 року. Подальші дослідження TOI 451 та її планет включали спостереження, проведені в 2019 та 2020 роках за допомогою космічного телескопа НАСА Спітцер, який з тих пір був виведений з експлуатації, а також з багатьох наземних об'єктів. Архівні інфрачервоні дані зі супутника “Ширококутний інфрачервоний дослідник об'єктів, що зближуються із Землею” (NEOWISE) НАСА, зібрані ним між 2009 і 2011 роками, коли він мав попереднє прізвисько WISE, свідчать про те, що в системі утримується прохолодний диск з пилу та кам’янистого сміття. Інші спостереження показують, що TOI 451, ймовірно, має двох віддалених зоряних супутників, які кружляють один навколо іншого далеко за межами планет.

“Ця система відмічає багато чого у списку для астрономів”, - каже Елізабет Ньютон, доцент кафедри фізики та астрономії в коледжі Дартмута в Ганновері, штат Нью-Гемпшир, яка керувала дослідженням. “Їй всього 120 мільйонів років, а відстань — лише 400 світлових років, що дозволяє проводити детальні спостереження за цією молодою планетною системою. А оскільки є три планети, розміри яких у два-чотири рази перебільшують Землю, вони ставлять особливо перспективні цілі для тестування теорій про те, як еволюціонують планетарні атмосфери”.

Стаття, що повідомляє про висновки відкриття, була опублікована 14 січня в The Astronomical Journal і доступна онлайн.

Зоряні потоки утворюються, коли гравітація нашої галактики Чумацький Шлях розриває зоряні скупчення або карликові галактики. Окремі зірки рухаються вздовж початкової орбіти скупчення, утворюючи видовжену групу, яка поступово розсіюється.

У 2019 році команда під керівництвом Стефана Мейнгаста з Віденського університету використовувала дані місії Європейського космічного агентства Gaia для виявлення потоку Риби-Ерідан, названого на честь сузір’їв, що містять найбільші концентрації зірок. Простягаючись через 14 сузір’їв, цей потік має довжину близько 1300 світлових років. Однак, початково визначений вік потоку набагато більший, ніж ми вважаємо тепер.

Пізніше, у 2019 році, дослідники під керівництвом Джейсона Кертіса з Колумбійського університету в Нью-Йорку проаналізували дані TESS для десятків учасників потоку. Молодші зірки обертаються швидше, ніж їхні старші колеги, і вони також, як правило, мають помітні зоряні плями — темніші, прохолодніші області, як плями на нашому Сонці. Оскільки ці плями обертаються, входячи і виходячи з нашого поля зору, вони можуть створювати незначні коливання яскравості зірок, які може виміряти TESS.

Вимірювання TESS показали дуже багато доказів наявності зоряних плям та швидкого обертання серед зірок потоку. Виходячи з цього результату, Кертіс та його колеги виявили, що потоку було лише 120 мільйонів років — подібно до знаменитого скупчення Плеяд і у вісім разів молодшого за попередні оцінки. Маса, молодість і близькість потоку Риби-Ерідан роблять його захоплюючою фундаментальною лабораторією для вивчення утворення та еволюції зірок і планет.

“Завдяки покриттю TESS майже усього неба, вимірювання, які могли б підтримати пошук планет, що обертаються навколо членів цього потоку, були нам доступні, коли потік був ідентифікований” - каже Джессі Крістіансен, співавтор статті та заступник наукового керівника “Архіву екзопланет” NASA, центру для дослідження світів за межами нашої Сонячної системи, яким керує Калтех в Пасадені, штат Каліфорнія. “Дані TESS продовжують дозволяти нам розширювати межі того, що ми знаємо про екзопланети та їхні системи на довгі роки наперед”.

Молода зірка TOI 451, більш відома астрономам як CD-38 1467, знаходиться приблизно за 400 світлових років у сузір'ї Ерідан. Вона має 95% маси нашого Сонця, але на 12% менша, трохи холодніша і випромінює на 35% менше енергії. TOI 451 обертається кожні 5,1 дня, що більш ніж у п’ять разів швидше, ніж Сонце.

TESS виявляє нові світи, шукаючи транзити — невеликі, регулярні затемнення, які виникають, коли планета проходить перед зіркою з нашої точки зору. Транзити з усіх трьох планет видно з даних TESS. Команда Елізабет Ньютон отримала вимірювання від Спітцера, які підтвердили висновки TESS і допомогли виключити можливі альтернативні пояснення. Додаткові подальші спостереження надійшли від обсерваторії Лас-Камбрес — глобальної мережі телескопів зі штаб-квартирою в Голеті, штат Каліфорнія, — та телескопа Пертський спострігач за екзопланетами в Австралії.

Навіть найвіддаленіша планета в системі TOI 451 обертається в три рази ближче, ніж Меркурій коли-небудь наближається до Сонця, тож усі ці світи є досить гарячими і непривітними для життя, яким ми його знаємо. Оцінки температури варіюються від приблизно 1200 градусів за Цельсієм для самої внутрішньої планети до приблизно 450 C для самої зовнішньої.

Планета TOI 451 b здійснює оберт кожні 1,9 дня, вона приблизно у 1,9 рази більша за розмір Землі, а її розрахункова маса коливається від 2 до 12 разів більше земної. Наступна планета, TOI 451 c, здійснює оберт кожні 9,2 дня, приблизно втричі більша за Землю і має масу між 3 і 16 мас Землі. Найдальший і найбільший світ, TOI 451 d, обертається навколо зірки кожні 16 днів, він у чотири рази більший за нашу планету і важить від 4 до 19 мас Землі.

Астрономи очікують, що такі великі планети збережуть більшу частину атмосфери, незважаючи на сильне тепло від близько розташованої зірки. Різні теорії про те, як атмосфери розвиваються з часом до того віку, якого досягла TOI 451, передбачають широкий спектр властивостей. Спостереження за зоряним світлом, що проходить через атмосферу цих планет, надасть можливість вивчити цю фазу розвитку і може допомогти в обмеженні сучасних моделей.

Потік Риби-Ерідан охоплює 1300 світлових років, розкинувшись на 14 сузір’їв і третину неба. Жовті точки показують місцезнаходження відомих або підозрюваних членів, а TOI 451 обведено. Спостереження TESS показують, що потоку близько 120 мільйонів років, що можна порівняти зі знаменитим скупченням Плеяд у Тельці (вгорі ліворуч). NASA’s Goddard Space Flight Center

“Вимірюючи зоряне світло, яке проникає в атмосферу планети з різною довжиною хвилі, ми можемо зробити висновок про її хімічний склад та наявність хмар або висотних серпанків”, - каже Еліза Кінтана, астрофізик Центру космічних польотів НАСА в Грінбелті, штат Меріленд “Планети TOI 451 пропонують чудові цілі для таких досліджень за допомогою Хаббла та майбутнього космічного телескопа Джеймса Вебба”.

Спостереження WISE показують, що система надзвичайно яскрава в інфрачервоному світлі, яке невидиме для людського ока, на довжинах хвиль 12 і 24 мікрометрів. Це говорить про наявність сміттєвого диска, де кам’янисті астероїдоподібні тіла стикаються і розтираються в пил. Хоча Ньютон та її команда не можуть визначити розмір диска, вони уявляють його як розсіяне кільце камінців та пилу, зосереджений приблизно так само далеко від зірки, як Юпітер від нашого Сонця.

Дослідники також вивчили тьмяну сусідню зірку, яка на зображеннях TESS з'являється на відстані приблизно два пікселі від TOI 451. На основі даних Геї команда Ньютон визначила, що ця зірка є гравітаційно пов’язаним компаньйоном, розташованим настільки далеко від TOI 451, що її світлу потрібно 27 днів, щоб добратися туди. Насправді, дослідники вважають, що компаньйон, швидше за все, є бінарною системою з двох карликових зірок М-типу, кожна з яких має приблизно 45% маси Сонця і випромінює лише 2% його енергії.

Читайте ще цікаві новини про космос.