Суперземля Ross 508b проходить через жилу зону червоного карлика

За допомогою інфрачервоного спектрографа відкрито суперземлею з масою у приблизно вчетверо більшою за масу Землі, яка розташована поблизу зони життєпридатності своєї зірки-червоного карлика. Така планета, можливо, здатна утримувати воду на своїй поверхні та стане важливою метою майбутніх спостережень для перевірки можливості існування життя навколо зірок малої маси.

Про це розповідають в Національному інституті природничих наук Японії, передають OstanniPodii.com.

Екзопланетні дослідження, які досягли великого прогресу в останні роки після відкриття планети-гіганта навколо зірки, схожої на наше Сонце, тепер зосереджені на червоних карликах, які мають меншу масу, ніж Сонце. Червоні карлики, які становлять три чверті зірок у нашій галактиці та існують у великій кількості на околицях нашої Сонячної системи, є відмінними цілями для пошуку екзопланет по сусідству з нами. Відкриття таких близько розташованих екзопланет, а також детальні спостереження за їхніми атмосферами та шарами поверхні дозволять нам обговорити наявність або відсутність життя у середовищах, які сильно відрізняються від умов нашої Сонячної системи.

Однак червоні карлики дуже тьмяні у видимому світлі через низьку температуру своєї поверхні, що становить менш як 4 000 градусів. Попередні пошуки планет за допомогою спектрометрів видимого світла виявили лише кілька планет навколо дуже близьких червоних карликів, як-от Проксима Центавра b. Зокрема, червоні карлики з температурою поверхні нижче 3000 градусів (червоні карлики пізнього типу) не піддавалися систематичному пошуку планет. Транзитний метод, який виявляє зміни зоряної яскравості при проходженні планети перед зіркою, не потребує такої кількості фотонів, як спектроскопічний метод Доплера, тому пошук планет навколо червоних карликів за допомогою транзитного методу останніми роками розвивається. Пошук транзитних планет за допомогою супутника TESS (Супутник огляду транзитів екзопланет) дозволяє виявити планети земного типу навколо важких червоних карликів (червоних карликів раннього типу).

Хоча червоні карлики є важливими об'єктами для вивчення життя у Всесвіті, їх важко спостерігати, оскільки вони надто тьмяні у видимому світлі. Щоб вирішити труднощі, пов'язані зі спектроскопічними спостереженнями червоних карликів, давно очікувався пошук планет за допомогою високоточного спектрографа в інфрачервоному діапазоні, де червоні карлики відносно яскраві. Наприклад, яскравість Сонця, видимого з відстані 30 світлових років, становить п'ять величин у видимому світлі та три величини в інфрачервоному. З іншого боку, найсвітліші червоні карлики пізнього типу дуже тьмяні у видимому світлі у 19 величин, але відносно яскраві в інфрачервоному у 11 величин.

Центр астробіології в Японії успішно розробив IRD (Інфрачервоний доплерівський прилад), перший у світі високоточний інфрачервоний спектрограф для телескопів 8-метрового класу. IRD, встановлений на телескопі Субару, здатен виявляти найменші коливання швидкості зірки, приблизно як швидкість ходьби людини.

Транзитний метод може виявити лише ті планети, орбіти яких проходять уздовж лінії візування, тоді як доплерівський метод може виявляти планети незалежно від їхньої орієнтації щодо небесної площини. Цей метод також важливий тим, що за його допомогою можна визначити "масу" планети.

Стратегічна програма Субару IRD (IRD-SSP) з пошуку планет навколо червоних карликів пізнього типу стартувала у 2019 році. Це перший систематичний пошук планет навколо червоних карликів пізнього типу та міжнародний проєкт, у якому беруть участь близько 100 дослідників. Протягом перших двох років проводилися скринінгові спостереження для пошуку "стабільних" червоних карликів з низьким рівнем шуму, де можна знайти навіть невеликі планети. Червоні карлики мають високу поверхневу активність, наприклад, спалахи, і ця поверхнева активність може викликати зміни швидкості руху зірки в межах прямої видимості, навіть якщо планет не існує. Тому лише стабільні червоні карлики з низькою поверхневою активністю є об'єктами пошуку малих землеподібних планет.

У цей час проєкт знаходиться на стадії інтенсивних спостережень за близько 50 перспективних червоних карликів пізнього типу, ретельно відібраних в результаті скринінгу.

Перша екзопланета, виявлена ​​IRD-SSP, знаходиться на відстані близько 37 світлових років від Землі, навколо зірки-червоного карлика Ross 508, маса якої становить одну п'яту маси Сонця. Це перша екзопланета, виявлена ​​внаслідок систематичного пошуку з використанням інфрачервоного спектрометра.

Щоб підтвердити, що періодичне коливання Ross 508 дійсно викликане планетою, команда IRD-SSP визначила кілька індикаторів зоряної активності, які можуть дати помилковий результат про наявність планети (наприклад, зміни в зоряній яскравості та формі деяких емісійних ліній), і показала, що період цих індикаторів помітно відрізняється від спостережуваного планетарного періоду. Це складніше завдання, ніж використання доплерівського методу на підтвердження кандидатів у планети, про які повідомлялося раніше транзитним методом, але це важливий метод виявлення нетранзитних планет.

Мінімальна маса цієї планети, Ross 508b, у чотири рази перевищує масу Землі. Її середня відстань від центральної зірки у 0,05 раза перевищує відстань Земля-Сонце, і вона розташована на внутрішньому краю придатної для життя зони. Цікаво, що планета, швидше за все, має еліптичну орбіту, і в цьому випадку вона перетинатиме жилу зону з орбітальним періодом близько 11 днів (рис. 1 і 2).

Рисунок 2: Періодичні зміни швидкості прямої видимості зірки Ross 508, що спостерігається IRD. Вона обернена довкола орбітального періоду планети Ross 508b (10,77 дня). Зміна швидкості прямої видимості Ross 508 становить менш як 4 метри на секунду, що вказує на те, що IRD зафіксував дуже маленьке коливання, яке повільніше, ніж біг людини. Червона крива найкраще відповідає спостереженням, і її відхилення від синусоїдальної кривої свідчить про те, що орбіта планети, швидше за все, еліптична. Credit: Harakawa et al. 2022

Планети в жилій зоні можуть утримувати воду на поверхні та можуть бути джерелом життя. Ross 508b стане важливою метою для майбутніх спостережень, щоб перевірити можливість проживання на планетах навколо червоних карликів. Також важливими є спектроскопічні спостереження за молекулами та атомами в атмосфері планети, тоді як сучасні телескопи не можуть отримати пряме зображення планети через її близькість до центральної зірки. У майбутньому вона стане однією із цілей пошуку життя за допомогою телескопів 30-метрового класу.

Досі було відомо лише три планети, що обертаються навколо таких маломасивних зірок, включаючи Проксиму Центавра b. Очікується, що IRD-SSP продовжуватиме відкривати нові планети.

"Ross 508b - це перше успішне виявлення суперземлі з використанням тільки спектроскопії в ближньому інфрачервоному діапазоні. До цього при виявленні планет з низькою масою, таких як суперземлі, тільки спостереження в ближньому інфрачервоному діапазоні не були достатньо точними, і була потрібна перевірка за допомогою високоточних вимірювань швидкості лінії прямої видимості у видимому світлі. Це дослідження показує, що IRD-SSP один здатний виявляти планети, і ясно демонструє перевагу IRD-SSP у його здатності вести пошук з високою точністю навіть для червоних карликів пізнього типу, які занадто тьмяні для спостереження у видимому світлі", - каже д-р Хірокі Харакава (NAOJ телескоп Субару), провідний автор статті про відкриття.

"Минуло 14 років з початку розробки IRD. Ми продовжували наші розробки та дослідження з надією знайти планету, таку саму, як Ross 508b. Це відкриття стало можливим завдяки високій інструментальній продуктивності IRD, великій апертурі телескопа Субару та стратегічній схемі спостережень, яка дозволила інтенсивно та часто збирати дані. Ми прагнемо нових відкриттів", - говорить професор Бун'ей Сато (Токійський технологічний інститут), головний дослідник IRD-SSP.

Ці результати з'явилися в журналі Astronomical Society of Japan 30 червня 2022 року у статті під назвою Harakawa et al. "Суперземля, що обертається поблизу внутрішнього краю придатної для життя зони навколо M4.5-карлика Ross 508".

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