30 июня 2012
Новый очень теплый транзитный нептун GJ 3470 b

Подавляющее большинство транзитных экзопланет, открытых с помощью наземных обзоров, являются горячими юпитерами. Это вызвано двумя обстоятельствами. С одной стороны, геометрическая вероятность транзитной конфигурации обратно пропорциональна расстоянию между планетой и звездой, что способствует обнаружению планет на тесных орбитах и препятствует - на более широких. С другой стороны, влияние беспокойной земной атмосферы не позволяет регистрировать слабые транзитные сигналы от небольших планет. Хотя космический телескоп им. Кеплера обнаружил, что количество небольших планет гораздо больше планет-гигантов (по крайней мере, до радиусов R ~ 2 радиусов Земли наблюдается зависимость N ~ R^-2), транзиты большинства из них невозможно обнаружить с Земли вследствие замывающего влияния земной атмосферы.
Важным исключением являются планеты у звезд красных карликов. Поскольку глубина транзита (степень падения блеска звезды) пропорциональна отношению квадратов радиусов планеты и звезды (R_p/R_star)², чем меньше звезда, тем легче обнаружить рядом с ней небольшую планету. Поскольку регистрация транзита планеты позволяет (в сочетании с измерением лучевых скоростей родительской звезды) определить массу и радиус планеты, ее среднюю плотность, а значит - и оценить химический состав, а в перспективе - получить спектр ее атмосферы, поиск транзитных планет небольших размеров является важной научной задачей.

Руководствуясь этими сображениями, члены Женевской группы, занимающиеся поиском внесолнечных планет методом измерения лучевых скоростей с помощью спектрографа HARPS, регулярно проводят фотометрические наблюдения тех звезд красных карликов, лучевые скорости которых демонстрируют наличие планет на тесных (с периодом несколько дней) орбитах. И, наконец, удача им улыбнулась - у звезды GJ 3470 был обнаружен транзитный сигнал глубиной 5.69 + 0.47 тысячных звездной величины (5690 + 470 ppm).
GJ 3470 - сравнительно близкий красный карлик, удаленный от нас на 25.2 + 2.9 пк. Его спектральный класс M1.5 V, масса оценивается в 0.541 + 0.067 солнечных масс, радиус - в 0.503 + 0.063 солнечных радиусов, светимость составляет всего 2.9% от солнечной светимости. Возраст звезды очень неуверенно оценивается в 0.3-3 млрд. лет.
Истинная (не минимальная!) масса планеты GJ 3470 b равна 14.0 + 1.8 масс Земли, радиус - 4.2 + 0.6 радиусов Земли, что приводит к средней плотности 1.07 + 0.43 г/куб.см и второй космической скорости около 20 км/сек. Планета вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите (эксцентриситет не превышает 0.051) на среднем расстоянии 0.0348 + 0.0014 а.е. (~15 звездных радиусов) и делает один оборот за 3.33714 + 0.00017 земных суток. Его физические свойства (масса и радиус) больше всего напоминают физические свойства Урана.
Хотя планета GJ 3470 b вращается довольно близко к своей звезде, из-за низкой светимости последней ее эффективная температура оказывается не так уж и высока. В случае, если альбедо планеты близко к нулю, ее температура оценивается в 615 + 16К, а если альбедо достигает 0.75 (альбедо Венеры) - то в 435 + 12К. Сравнительная близость и яркость родительской звезды (+12.3 в видимом свете и +8 в инфракрасной полосе К) делает ее привлекательной целью для будущих спектрометрических исследований.

Известные транзитные экзопланеты небольшой массы на плоскости Масса - Радиус. Для сравнения синими точками показаны планеты Солнечной системы Земля, Венера, Уран и Нептун. Зелеными кружками показаны планеты, открытые космическими телескопами CoRoT и Kepler, фиолетовыми - планеты, обнаруженные в рамках наземных обзоров. Красным ромбом показана планета GJ 3470 b. Серыми линиями показаны теоретические отношения масса-радиус для чисто водных, каменных и железных планет.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/1206.5307v1.pdf

 

23 июня 2012
Планеты Kepler-36 b и c: такие близкие и такие разные

Состав планет Солнечной системы сильно зависит от расстояния между планетой и Солнцем: планеты земного типа находятся на сравнительно тесных, близких к Солнцу орбитах, планеты-гиганты - на широких, более удаленных. Однако открытие внесолнечных планет показало, что такое строение планетных систем отнюдь не универсально: после своего образования планеты могут мигрировать как вглубь, так и вовне системы, планеты-гиганты могут находиться на очень тесных орбитах и на орбитах с большим эксцентриситетом, планеты могут быть связаны друг с другом цепочками орбитальных резонансов, и т.п. Этого мало - как оказалось, очень близкие друг к другу планеты могут резко отличаться по размерам и химическому составу.
20 июня 2012 года в Архиве электронных препринтов появилась статья большого коллектива авторов, посвященная планетной системе Kepler-36. В этой системе планеты, чье расстояние до звезды отличается только на 10%, по плотности отличаются в 8 раз!

Kepler-36 (KOI 277, KIC 11401755) - слегка проэволюционирововшая звезда спектрального класса G0. Ее масса оценивается в 1.071 + 0.043 солнечных масс, радиус - в 1.626 + 0.019 солнечных радиусов, светимость близка к 2.9 светимостей Солнца. Расстояние до звезды не сообщается, но, исходя из ее светимости и видимой звездной величины, его можно оценить в 440 пк. Возраст системы составляет 6-8 млрд. лет.
Кривая блеска звезды демонстрирует два транзитных сигнала с периодами 13.84 и 16.24 земных суток и глубиной, соответствующей планетам с радиусами 1.486 + 0.035 и 3.679 + 0.054 радиусов Земли. Время наступления транзитов обеих планет испытывает периодические вариации, отражающие их взаимное гравитационное влияние. Измерение величины этих вариаций позволило определить массу обеих планет, причем с относительно высокой точностью ~8%.
Итак, планета Kepler-36 b имеет массу 4.45 ^+0.33/_-0.27 масс Земли и радиус 1.486 + 0.035 радиусов Земли, что приводит к средней плотности 7.46 ^+0.74/_-0.59 г/куб.см. Это говорит о преимущественно железокаменном составе данной планеты, подобном составу планет земной группы. Kepler-36 b вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите на расстоянии 0.1153 + 0.0015 а.е., и делает один оборот за 13.83989 ^+0.00082/_-0.00060 земных суток. Авторы открытия оценили эффективную температуру планеты в 978 + 11К (в предположении альбедо, равного 0.30).
Планета Kepler-36 c удалена от своей звезды на 0.1283 + 0.0016 а.е. Ее масса оценивается в 8.08 ^+0.60/_-0.46 масс Земли, радиус - в 3.679 + 0.054 радиусов Земли, что приводит к средней плотности 0.89 ^+0.07/_-0.05 г/куб.см. Если Kepler-36 b - явная суперземля, то Kepler-36 c - легкий нептун, состоящий в основном из льдов и окруженный заметной водородно-гелиевой атмосферой. Планета делает один оборот вокруг своей звезды за 16.23855 ^+0.00038/_-0.00054 земных суток, ее эффективная температура оценивается в 928 + 10К.

Kepker-36 b (внизу) и Kepler-36 c (вверху) на плоскости Масса-Радиус. Красными овалами показаны области параметров с достоверностью 68% и 95%. Также показаны планеты Солнечной системы (отмечены первыми буквами своего имени) и другие транзитные экзопланеты: голубыми крестами - планеты системы Kepler-11, розовым крестом - планета Kepler-18 b, коричневым - GJ 1214 b, малиновым - CoRoT-7 b, оранжевым - Cancri 55 e, серыми - планеты Kepler-20 b и с. Пунктирными серыми линиями показаны теоретические модели для чисто железных планет, землеподобных, чисто каменных, 50:50 каменно-ледяных, а также планет с водородно-гелиевой атмосферой, которая составляет 5 и 10% массы

Из-за близости своих орбит обе планеты испытывают сильное взаимное влияние. Численное моделирование системы Kepler-36, проведенное другим коллективом ученых, привело к парадоксальному выводу - несмотря на низкие эксцентриситеты, орбиты обеих планет являются хаотическими, т.е. положение планет принципиально непредсказуемо на временах больше ~10 лет. Кроме того, оказалось, что они связаны орбитальным резонансом высокого порядка 26:34. Только в 4.5% случаев интегрирование системы показывало ее устойчивость на временах, превышающих 200 млн. лет. Возможно, мы застали систему Kepler-36 в момент быстрой динамической эволюции.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/1206.4718v1.pdf
http://arxiv.org/pdf/1206.4695.pdf

 

19 июня 2012
Планета HD 156846 b оказалась маломассивной звездой

Анализ астрометрических данных, полученных спутником Гиппарх, позволил оценить наклон орбит 310 планетных кандидатов, обнаруженных методом измерения лучевых скоростей родительских звезд. Как оказалось, орбита объекта HD 156846 b расположена к нам практически плашмя, и его истинная масса многократно превышает минимальную массу, составляющую 10.5 масс Юпитера. Согласно астрометрическим измерениям, истинная масса HD 156846 b оценивается примерно в 263 (но не больше 661) масс Юпитера, т.е. данный объект является маломассивной звездой.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/1101.2227v1.pdf

 

14 июня 2012
KELT-2A b: планета, обнаруженная 7-сантиметровым телескопом

Внесолнечные планетные системы иногда обнаруживают наблюдательными средствами, изумляющими своей скромностью. Так, 7 июня 2012 года в Архиве электронных препринтов появилась статья от проекта KELT (Kilodegree Extremely Little Telescope = Тысячеградусный экстремально маленький телескоп), посвященная открытию транзитного горячего гиганта у сравнительно яркой звезды HD 42176. Апертура телескопа, обнаружившего новую планету, составляет всего 71 мм!
Обзор KELT стартовал в октябре 2004 года на обсерватории имени Ирвина Винера в Аризоне (Irvin M. Winer Memorial Mobile Observatory). Он основан на работе маленького автоматического телескопа, который может находиться в широкоугольном или узкоугольном наблюдательном режимах. В широкоугольном режиме апертура линзы составляет всего 42 мм! В этом случае камера формирует изображение участка неба размером 26х26 градусов с разрешением 23 угловых секунды на пиксель. В узкоугольном режиме апертура линзы составляет 71 мм, наблюдается участок небесной сферы размером 10.8х10.8 градусов, а разрешение увеличивается до 9.5 угловых секунд на пиксель. Обзор направлен на поиск транзитов у сравнительно ярких звезд (8-10 видимой звездной величины).
Что можно сделать такими скромными средствами? Как оказалось, кое-что можно. К настоящему моменту KELT обнаружил транзитный коричневый карлик массой 27 масс Юпитера у F-звезды (KELT-1 b) и транзитный горячий юпитер KELT-2A b у звезды HD 42176.
Звезда HD 42176 (HIP 29301) - широкая пара, состоящая из яркой звезды спектрального класса F7 V и оранжевого карлика спектрального класса K2 V. На небесной сфере эти звезды разделены угловым расстоянием 2.3 угловых секунд, что соответствует линейному расстоянию около 300 а.е. Звезды демонстрируют общее собственное движение и, скорее всего, являются физически связанными. Планета KELT-2A b вращается вокруг более яркого компонента.
Масса звезды KELT-2A (HD 42176) оценивается в 1.31 + 0.03 солнечных масс, радиус - в 1.84 ^+0.09/_-0.07 солнечных радиусов, светимость близка к 4.3 солнечных. Она совсем недавно сошла с главной последовательности и начала эволюционировать в сторону превращения в красный гигант, ее возраст оценивается в 3.85-3.88 млрд. лет.
Масса планеты KELT-2A b составляет 1.49 + 0.09 масс Юпитера, радиус - 1.31 + 0.08 радиусов Юпитера. Планета вращается вокруг своей звезды по слабоэллиптичной орбите с большой полуосью 0.055 + 0.0004 а.е. (примерно 6.4 звездных радиусов) и эксцентриситетом 0.185 + 0.085, и делает один оборот за 4.11379 + 0.00001 земных суток. Авторы открытия оценили эффективную температуру планеты в 1716 + 39К.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/0704.0460v2.pdf
http://arxiv.org/pdf/1206.1592v1.pdf

 

12 июня 2012
Новый глобальный транзитный обзор HATSouth

Громкий успех наземных транзитных обзоров, основанных на работе автоматических телескопов с небольшой апертурой и широким полем зрения (таких, как SuperWASP и HATNet), побуждает включаться в гонку за экзопланетными открытиями все новые и новые группы исследователей. Сравнительная дешевизна необходимого оборудования (несравнимая со стоимостью космических телескопов) позволяет вести поиск транзитных экзопланет даже таким небольшим странам, как Катар (так, проект Qatar Exoplanet Survey уже обнаружил две планетные системы). Одним из новых амбициозных проектов по наземному поиску внесолнечных планет является HATSouth.
Обзор HATSouth основан на работе трех комплексов автоматических телескопов, расположенных в Чили, Намибии и Австралии. Каждый комплекс представляет собой связку из четырех 18-сантиметровых телескопов с общим полем зрения 8.2х8.2 градусов. Разрешение CCD-камер составляет 3.7 угловых секунд на пиксель, их чувствительность позволяет фиксировать звезды до 18.5 видимой звездной величины. Широкий разброс по долготе позволяет вести круглосуточное наблюдение за выбранным звездным полем (когда над одним из автоматических комплексов восходит солнце, эстафету подхватывает другой комплекс).

Комплекс из четырех телескопов на обсерватории Siding Spring (Австралия) - один из трех.

Разумеется, наземное расположение телескопов накладывает сильные ограничения на возможности нового обзора. Из ~140 транзитных экзопланет, подтвержденных методом измерения лучевых скоростей родительских звезд, только 13 имеют массу ниже 0.1 масс Юпитера, и только 12 - периоды больше 10 суток. Из-за влияния беспокойной земной атмосферы слабые транзитные сигналы небольших планет остаются не обнаруженными. Авторы нового обзора отдают себе в этом отчет и прилагают усилия к тому, чтобы хоть как-то исправить ситуацию. Так, круглосуточные наблюдения за выбранным звездным полем позволят обнаруживать транзитные планеты с периодом до 15-20 суток, а наблюдения в спектральной полосе R (красные лучи) - транзитные планеты у К и М-карликов. Отнаблюдав 12 площадок по 8.2х8.2 градусов (каждая площадка будет наблюдаться около 2 месяцев), авторы надеются обнаружить около 30 транзитных планет, причем ~1 из них будет с радиусом, меньшим 0.7 радиусов Юпитера, а ~6 - с периодами, большими 10 земных суток. Особые надежды авторы обзора возлагают на наблюдения средних и поздних красных карликов: по их расчетам, HATSouth способен обнаружить транзитную суперземлю в обитаемой зоне М5-звезды (масса ~0.21 солнечных масс, радиус ~0.27 солнечных радиусов) - если повезет, конечно.
Если правильно раскинуть сети, улов не заставит себя долго ждать. 7 июня в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная первой планете, открытой в рамках обзора HATSouth. Им оказался горячий юпитер HATS-1 b.

Солнцеподобная звезда HATS-1 (GSC 6652-00186) удалена от нас на 303 ⁺³⁸/_-23 пк. Ее масса оценивается в 0.986 + 0.054 солнечных масс, радиус - в 1.038 ^+0.128/_-0.075 солнечных радиусов, светимость - в 1.10 ^+0.33/_-0.18 солнечных светимостей. Возраст