Новознайдена планета має найдовшу орбіту, виявлену місією TESS

Знайдено морозного газового гіганта, який обертається навколо своєї зірки на відстані, як у нас десь між орбітами Землі та Марса; також у системі виявлено теплого юпітера, що має подібну до Меркурія орбіту.

Про це розповідають в Массачусетському технологічному інституті (MIT), передають OstanniPodii.com.

З більш ніж 5 000 планет, відомих за межами нашої Сонячної системи, більшість обертається навколо своїх зірок на дивовижно близькій відстані. Понад 80% підтверджених екзопланет мають орбіти коротші за 50 днів, що дає змогу цим спекотним світам перебувати щонайменше вдвічі ближче до своєї зірки, ніж Меркурій до Сонця, а деяким -- навіть ближче.

Астрономи починають отримувати загальне уявлення про утворення, еволюцію та склад цих планет. Однак для планет з тривалішими орбітальними періодами картина набагато туманніша. Далекі світи, орбіти яких тривають від кількох місяців до кількох років, важче виявити, і тому їхні властивості складніше визначити.

Тепер список довгоперіодичних планет поповнився двома представниками. Астрономи з MIT, Університету Нью-Мексико та кількох інших виявили рідкісну систему з двома довгоперіодичними планетами на орбіті TOI-4600, близької зірки, розташованої за 815 світлових років від Землі.

Фахівці виявили, що у зірки є внутрішня планета з орбітою 82 дні, схожою на орбіту Меркурія, а друга зовнішня планета обертається навколо неї кожні 482 дні, що десь між орбітами Землі та Марса.

Відкриття було зроблено на основі даних "Супутника спостережень за транзитами екзопланет" (TESS) НАСА -- очолюваної MIT місії, яка стежить за найближчими зорями у пошуках ознак наявності екзопланет. Нова, більш далека планета має найдовший період, виявлений TESS на сьогодні. Вона також є однією з найхолодніших - близько -83 градусів за Цельсієм, у той час, як температура внутрішньої планети становить більш помірні 77 градусів за Цельсієм.

Обидві планети, найімовірніше, є газовими гігантами, подібними до Юпітера та Сатурна, хоча склад внутрішньої планети може являти собою скоріше суміш газу й льоду. Ці дві планети займають проміжне положення між "гарячими юпітерами" -- спекотними планетами з короткою орбітою, які становлять більшість відкритих екзопланет, -- і набагато холоднішими газовими гігантами з довгими періодами в нашій Сонячній системі.

"Ці системи з довгим періодом -- порівняно невивчений діапазон", - каже членкиня групи Катаріна Хессе, технічний співробітник Інституту астрофізики й космічних досліджень імені Кавлі при MIT. "Оскільки ми намагаємося зрозуміти, де знаходиться наша Сонячна система порівняно з іншими виявленими нами системами, нам дуже потрібні ці більш яскраві приклади, щоб краще зрозуміти це порівняння. Адже багато зі знайдених нами систем зовсім не схожі на нашу Сонячну систему".

Хессе та її колеги, серед яких провідний автор Ісмаель Мірелес, аспірант Університету Нью-Мексико, професори фізики MIT Сара Сігер й Ендрю Вандербург, а також старший науковий співробітник Кавлі Джордж Рікер, опублікували свої результати в журналі Astrophysical Journal Letters.

Робота по ділянках

TESS стежить за найближчими зорями у пошуках ознак наявності екзопланет, зосереджуючись на ділянці неба й безперервно вимірюючи яскравість зірок у цьому секторі протягом 30 днів, а потім переходить до наступної ділянки. Вчені використовують "конвеєри", або алгоритмічні пошуки, щоб прочесати результати вимірювань на наявність провалів яскравості, які могли бути викликані проходженням планети перед своєю зіркою.

У 2020 році один з конвеєрів виявив можливий транзит від зірки на північному небі, недалеко від сузір′я Дракон. Зірку класифікували як TOI-4600 (де TOI означає "об′єкт інтересу TESS"). Перший транзит був детально вивчений робочою групою, що складається з учених кількох університетів, які шукають ознаки довгоперіодичніших планет у подіях з одним транзитом.

"Для таких місій, як TESS, де кожна ділянка неба проглядається тільки протягом 30 днів, необхідно збільшити кількість спостережень, щоб отримати достатньо даних для пошуку планет з орбітами, довшими за місяць", - зазначає Хессе.

Група шукала зірку в інших секторах даних TESS і в підсумку виявила ще три транзити, аналогічні першому. За цими чотирма подіями вчені змогли визначити, що джерелом сигналу була планета TOI-4600b з відносно довгою 82-денною орбітою. Команда виявила й п′ятий транзит, проте він не збігався з іншими сигналами. Вони вдалися в питання: Чи може цей транзит виходити від іншої зірки, яка тимчасово затьмарює першу? Або це може бути друга орбітальна планета?

Гіганти на небі

У 2021 році, коли до групи приєднався Мірелес, він продовжив роботу, шукаючи нові спостереження з TESS, які могли б пояснити останній, загадковий транзит.

"З надходженням кожного сектору даних я дивився, чи є другий транзит, і в перших п′яти секторах його не було", - згадує Мірелес. "Потім, у липні минулого року, ми дещо побачили".

Насправді вони побачили дві речі: один транзит, який з′явився в тому самому 82-денному циклі, що ще раз підтвердило існування планети з довгою орбітою, і другий транзит, який було виявлено через 964 дні після попереднього, не синхронізованого транзиту. Ці два транзити були схожі за глибиною, або за кількістю ослабленого світла, що дало змогу припустити, що обидва вони були викликані одним об′єктом, що обертається навколо зірки або кожні 964 дні, або кожні 482 дні. Зрештою, міркувала команда, TESS просто не міг дивитися в напрямку зірки, щоб вловити перетин планети на 482-денній позначці. Команда використовувала модель, щоб створити симуляцію з тим, який вигляд мала б планета з обома орбітальними періодами, і дійшла висновку, що 482-денна орбіта ймовірніша.

Щоб ще раз переконатися в тому, що вони виявили дві довгоперіодичні планети, дослідники сфокусувалися на зірці за допомогою декількох наземних телескопів. Ці спостереження допомогли команді виключити хибнопозитивні сценарії, наприклад, затьмарення головної зірки другою зіркою. У підсумку було зроблено висновок, що біля зірки справді перебувають дві довгоперіодичні планети: TOI-4600b -- тепла, схожа на Юпітер, і TOI-4600c -- морозна, більш крижана, і найдовгоперіодичніша планета, виявлена TESS на сьогодні.

"Це відносно рідкісне явище, коли ми бачимо дві планети-гіганта в одній системі", - каже Хессе. "Ми звикли бачити гарячі юпітери, розташовані близько до своїх зірок, і зазвичай не знаходимо у них компаньйонів, тим більше гігантських. Ця система являє собою більш унікальну конфігурацію".

Відстань між двома планетами, що приблизно дорівнює відстані між Меркурієм і Марсом, припускає, що в системі можуть бути й інші планети.

"Ми хочемо подивитися, чи є докази існування інших планет", - каже Мірелес. "Безумовно є багато місця для потенційних планет, як ближче, так і далі. І ми показали, що TESS здатний знаходити як теплі, так і холодні юпітери".

Це дослідження було частково підтримано НАСА.