2 декабря 2015
Система Kepler-454: транзитный мини-нептун и нетранзитный гигант в обитаемой зоне

Космический телескоп им. Кеплера за 4 года основной миссии обнаружил более 4 тысяч транзитных кандидатов в планеты, большинство из которых имеют радиусы от 1 до 2.7 радиусов Земли. Однако планет таких размеров в Солнечной системе нет, так что их состав и строение остаются загадкой. За прошедшие годы было проведено измерение массы и средней плотности целого ряда экзопланет, попадающих в диапазон радиусов 1-2.7 радиусов Земли. Как правило, планеты с радиусами 1-1.6 радиусов Земли являются планетами земного типа, т.е. имеют железокаменный состав, однако средняя плотность планет с радиусами, превышающими 1.6 радиусов Земли, начинает падать с ростом их размеров, что говорит о вхождении в их состав значительной доли летучих (как льдов, так и водорода и гелия). Поэтому изучение планет с размерами, промежуточными между размерами планет земного типа и нептунов, представляет особый интерес.

29 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная многопланетной системе Kepler-454. Эта система включает в себя транзитную планету с радиусом 2.37 + 0.13 радиусов Земли (т.е. мини-нептун) и орбитальным периодом ~10.6 земных суток, не транзитный гигант с периодом около 524 земных суток, и третье небесное тело (скорее всего, коричневый карлик) на еще более широкой орбите.

Итак, Kepler-454 (KOI-273, KIC 3102384) - сравнительно яркая (+11.57^m) солнцеподобная звезда главной последовательности с массой 1.03 + 0.04 солнечных масс и радиусом 1.066 + 0.012 солнечных радиусов. Звезда отличается повышенным содержанием тяжелых элементов - их примерно в 2.1 раза больше, чем в составе Солнца, и средним возрастом, составляющим 5.25 + 1.4 млрд. лет. Расстояние до звезды не сообщается, но исходя из ее светимости и видимой звездной величины, его можно оценить в 233 пк.

Kepler-454 наблюдалась все 17 наблюдательных кварталов, причем на протяжении 30 месяцев фотометрия снималась в 'короткой' моде. За это время произошло 76 транзитных событий с периодом ~10.6 земных суток и глубиной, соответствующей планете с радиусом 2.37 + 0.13 радиусов Земли. Сравнительная яркость родительской звезды позволила измерить массу планеты методом измерения лучевых скоростей с помощью спектрографов HARPS-N и HIRES. Эта масса оказалась равной 6.84 + 1.4 масс Земли, что приводит к средней плотности планеты 2.76 + 0.73 г/куб.см. Kepler-454 b вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 0.0954 + 0.0012 а.е. (~18 звездных радиусов).

Кроме колебаний, вызванных влиянием мини-нептуна Kepler-454 b, лучевая скорость звезды испытывает долгопериодические колебания большей амплитуды, вызванные не транзитной планетой-гигантом. Минимальная масса (параметр m sin i) планеты Kepler-454 c оценивается в 4.46 + 0.12 масс Юпитера. Гигант вращается вокруг своей звезды по слабоэллиптической орбите с большой полуосью 1.286 + 0.017 а.е. и эксцентриситетом 0.021 + 0.008, и делает один оборот за 523.9 + 0.7 земных суток. Температурный режим Kepler-454 c является промежуточным между температурными режимами Земли и Марса, так что если у этой планеты есть крупные спутники, они могут быть обитаемыми.

Помимо колебаний, обусловленных гравитационным влиянием обеих планет, лучевая скорость звезды демонстрирует дополнительный линейный дрейф в 15.7 + 0.6 м/сек за год, что говорит о наличии в этой системе еще одного небесного тела на более широкой орбите. Орбитальный период этого тела превышает 10 лет, его минимальная масса больше 12 масс Юпитера, что говорит о том, что перед нами не планета, а коричневый карлик или маломассивная звезда. Параметры этого тела сможет определить астрометрическая обсерватория 'Гайя'.

Планета Kepler-454 b (обозначена как K454) на плоскости 'масса-радиус' среди других транзитных экзопланет небольшой массы. Цветными сплошными линиями показаны теоретические зависимости радиуса от массы для (сверху вниз) чисто водных планет; планет, на 75% состоящих из водяного льда и на 25% - из силикатов; планет, поровну состоящих из льда и силикатов; чисто силикатных планет; планет, поровну состоящих из силикатов и железа; чисто железных.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/1511.09097.pdf

 

 

26 ноября 2015
Итоги первого года расширенной миссии 'Кеплера' K2

После выхода из строя в мае 2013 года второго маховика системы ориентации космический телескоп им. Кеплера больше не мог поддерживать свою ориентацию в пространстве с требуемой точностью. Наблюдения Поля Кеплера, которые телескоп почти непрерывно вел в течение четырех лет, пришлось прекратить. Однако в остальном космический аппарат оставался полностью работоспособным. В 2014 году инженеры миссии придумали, как использовать 'Кеплер', имея в своем распоряжении только два исправных маховика. Теперь телескоп в течение 80-83 суток наблюдает определенную область неба вблизи эклиптики (этот период называется наблюдательной кампанией), а потом переходит к следующей области. Пока космический аппарат ориентирован параллельно солнечным лучам, дрейф его поля зрения минимален, а тот, что есть, можно устранить математической обработкой данных. В результате точность фотометрии при наблюдениях сравнительно ярких звезд упала не сильно (примерно в полтора раза), и 'Кеплер' остался мощнейшим современным инструментом по поиску экзопланет транзитным методом.

Нулевая наблюдательная кампания началась 8 марта и закончилась 27 мая 2014 года, продлившись 80 земных суток. Она была больше тестовой, чем научной, к тому же фотометрия многих слабых звезд оказалась загрязнена светом Юпитера, который как раз в это время проходил по наблюдаемой площадке. Кроме того, нулевая наблюдательная площадка лежала в плоскости Млечного пути, что привело к высокой плотности слабых звезд и (из-за обилия далеких затменно-переменных двойных) к высокой доле ложных открытий. Расположение наблюдательных площадок и расписание наблюдательных кампаний можно посмотреть здесь:
http://keplerscience.arc.nasa.gov/k2-fields.html

Первая наблюдательная кампания продлилась с 30 мая по 21 августа 2014 года, вторая - с 23 августа по 13 ноября 2014 года, третья - с 14 ноября 2014 года по 3 февраля 2015 года. Через 3-4 месяца после окончания каждой кампании полученные фотометрические данные выкладывались в открытый доступ. В настоящее время 'Кеплер' ведет наблюдения седьмой наблюдательной площадки, которые продлятся до 26 декабря 2015 года.

24 ноября в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, в которой подводились итоги первых четырех наблюдательных кампаний (с нулевой по третью). За указанный период 'Кеплер' получил фотометрию 59 174 звезд. Проведя тщательный анализ, авторы статьи обнаружили 234 транзитных кандидата у 208 звезд. Отбирались кандидаты с глубиной транзита не более 5% и орбитальным периодом не более 40 суток. Полученные результаты авторы сравнили с данными основной миссии Кеплера.

Как и ожидалось, распределения транзитных кандидатов по радиусам и орбитальным периодам в миссии K2 примерно повторяют аналогичные распределения, полученные во время основной миссии. Количество транзитных кандидатов резко возрастает с уменьшением их размеров, однако в рамках K2 было обнаружено несколько больше крупных планет (относительно их общего количества) из-за уменьшения точности фотометрических замеров. Распределения кандидатов по орбитальным периодам также очень близки за исключением самых короткопериодических планет (P < 2.5 земных суток). В отличие от основной миссии, в рамках K2 было обнаружено много короткопериодических кандидатов. Возможно, это вызвано несовершенством автоматического алгоритма обработки кривых блеска звезд во время основной миссии - как показали авторы статьи, этот алгоритм становится менее эффективным для транзитных кандидатов с орбитальными периодами короче 2 суток.

Гистограммы распределения транзитных кандидатов 'Кеплера', обнаруженных за первые 4 месяца наблюдений в рамках основной миссии (показаны штриховкой), и в рамках миссии K2 (показаны желтым цветом). Верхняя гистограмма показывает распределение транзитных кандидатов по радиусам, средняя - по орбитальным периодам. Нижняя гистограмма показывает распределение целевых звезд по видимым звездным величинам.

26 кандидатов с радиусами от 1 до 4 радиусов Земли вращаются вокруг звезд ярче +12 звездной величины, их массы можно будет измерить методом измерения лучевых скоростей родительских звезд. 10 кандидатов с радиусами от 1.6 до 4 радиусов Земли (т.е., скорее всего, окруженных протяженной атмосферой) и глубиной транзита больше 0.1% вращаются вокруг звезд ярче +10 звездной величины в спектральной полосе K. Эти кандидаты станут отличной целью для будущих исследований свойств атмосфер методами трансмиссионной спектроскопии.

Многие транзитные кандидаты, представленные авторами статьи, уже были найдены независимыми научными группами, что подтверждает надежность полученных данных.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/1511.07820.pdf

 

 

24 ноября 2015
Два массивных транзитных гиганта у древних G-звезд

Транзитные горячие юпитеры можно обнаруживать самыми скромными средствами, поэтому в настоящее время во всем мире работает сразу несколько наземных транзитных обзоров, поставивших открытие подобных планет на поток. Одним из таких обзоров является т.н. 'Южный HAT' (HATSouth). Являясь аналогом другого известного транзитного обзора (HATNet), но в южной полушарии, HATSouth основан на работе трех комплексов 18-сантиметровых автоматических телескопов, расположенных в Чили, в Намибии и в Австралии. Места установки телескопов разделены по долготе примерно на 120њ, что очень удобно для почти непрерывных фотометрических наблюдений: когда над одной обсерваторией восходит солнце, эстафету подхватывает следующая обсерватория.

20 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная открытию обзором HATSouth еще двух планет HATS-15 b и HATS-16 b. Как и подавляющее большинство других экзопланет, открытых наземными транзитными обзорами, обе новые планеты являются горячими юпитерами.

HATS-15 - звезда главной последовательности спектрального класса G9 V, удаленная от нас на 689 + 23 пк. Ее масса оценивается в 0.87 + 0.02 солнечных масс, радиус - в 0.92 + 0.03 солнечных радиусов, светимость составляет 62.5 + 5.7% светимости Солнца. Звезда отличается более чем солидным возрастом - ей 11.0 ^+1.4/_-2.0 млрд. лет!

Масса планеты HATS-15 b составляет 2.17 + 0.15 масс Юпитера, что при радиусе 1.105 + 0.04 радиусов Юпитера приводит к средней плотности 1.97 + 0.24 г/куб.см. Гигант вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 0.0271 + 0.0002 а.е. (~6.3 звездных радиусов) и делает один оборот за 1.74749 земных суток. Эффективная температура планеты оценивается авторами открытия в 1505 + 30К.

HATS-16 - еще одна древняя солнцеподобная звезда, ее спектральный класс G3 V, возраст достигает 9.5 + 1.8 млрд. лет. Масса HATS-16 составляет 0.97 + 0.035 солнечных масс, радиус - 1.24 ^+0.10/_-0.13 солнечных радиусов, светимость примерно в полтора раза превышает солнечную. Система удалена от нас на 774 + 74 пк.

HATS-16 b - еще более массивный горячий юпитер, его масса достигает 3.27 + 0.19 масс Юпитера, что при радиусе 1.30 + 0.15 радиусов Юпитера приводит к средней плотности 1.86 ^+0.94/_-0.48 г/куб.см. Гигант вращается вокруг своей звезды по круговой орбите на расстоянии 0.03744 + 0.00045 а.е. (~6.5 звездных радиусов) и делает один оборот за 2.6865 земных суток. Эффективная температура планеты оценивается авторами в 1592 + 82К.

Транзитные экзопланеты с массами от 0.4 до 10 масс Юпитера на плоскости 'орбитальный период - масса'. Планеты показаны кружками, радиусы которых пропорциональны радиусам планет, цветом показана эффективная температура.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/1511.06305.pdf

 

 

23 ноября 2015
Новый транзитный горячий гигант WASP-135 b

Наземный транзитный обзор SuperWASP продолжает методично прочесывать небо в поисках новых горячих юпитеров. 19 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная открытию очередной планеты этого типа. На данный момент обзор SuperWASP является самым эффективным наземным обзором - количество обнаруженных им планет превысило сотню.

WASP-135 - звезда главной последовательности спектрального класса G5 V. Ее масса оценивается в 0.98 + 0.06 солнечных масс, радиус - в 0.96 + 0.05 солнечных радиусов, содержание тяжелых элементов близко к солнечному. Оценки возраста этой звезды, полученные различными методами, находятся в сильном рассогласовании друг с другом - если по содержанию лития в атмосфере и по скорости вращения эта звезда молодая (~0.6 и ~0.82 млрд. лет соответственно), то возраст, оцененный по ее физическим свойствам путем сравнения с изохронами различных моделей звездной эволюции, существенно больше - ~3.1 и ~6 млрд. лет. Чем вызвано такое рассогласование, еще предстоит разобраться.
Система удалена от нас на 300 + 45 пк.

Звезда WASP-135 наблюдалась автоматическими телескопами обзора с 5 мая 2004 года по 24 августа 2010 года. Подтверждение планетной природы транзитного кандидата и измерение его массы было проведено методом лучевых скоростей с помощью спектрографа SOPHIE, установленного на 1.93-метровом телескопе обсерватории Верхнего Прованса.

Горячий гигант WASP-135 b оказался довольно массивным - его масса составляет 1.90 + 0.08 масс Юпитера, что при радиусе 1.30 + 0.09 радиусов Юпитера приводит к средней плотности 1.16 + 0.23 г/куб.см. Планета вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите на расстоянии 0.0243 + 0.0005 а.е. (~5.4 звездных радиуса) и делает один оборот за 1.40138 земных суток.

Информация получена: http://arxiv.org/pdf/1511.05954.pdf

 

 

21 ноября 2015
EPIC 203771098 b и c: два транзитных субсатурна от миссии K2

Наблюдения космического телескопа им Кеплера показали, что количество планет быстро растет с уменьшением их размеров. Так, только 4.5% GK-звезд имеет планеты с радиусами от 4 до 16 радиусов Земли, и уже 51% - с радиусами от 1 до 4 радиусов Земли. Внутри выборки больших планет эта тенденция также прослеживается: субсатурнов (планет с радиусами от 4 до 8 радиусов Земли) примерно в два раза больше, чем планет-гигантов (с радиусами 8-16 радиусов Земли): 2.9% против 1.6% в расчете на одну GK-звезду. Все приведенные цифры справедливы для планет с орбитальными периодами от 5 до 100 земных суток.

Однако большинство уже открытых экзопланет-гигантов - 'юпитеры', а не субсатурны. Это объясняется сильным эффектом наблюдательной селекции: большинство таких планет открыто наземными транзитными обзорами, оптимизированными под поиск горячих юпитеров. Методом измерения лучевых скоростей также проще обнаруживать более массивные 'юпитеры', нежели гораздо более легкие субсатурны. Поэтому планет с массами и радиусами, промежуточными между массами и радиусами Нептуна и Сатурна, известно сравнительно немного.

17 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья Эрика Петигуры (Erik A. Petigura) с коллегами, посвященная открытию двух транзитных субсатурнов у звезды EPIC 203771098. Планеты были открыты в рамках расширенной миссии 'Кеплера' K2, их планетная природа была подтверждена методом измерения лучевых скоростей родительской звезды с помощью спектрографа HIRES.

Итак, EPIC 203771098 - солнцеподобная звезда спектрального класса G3 V. Ее масса оценивается в 1.12 + 0.05 солнечных масс, радиус - в 1.21 + 0.11 солнечных радиусов, светимость на 44 + 33% превышает солнечную. Звезда отличается исключительно высоким содержанием тяжелых элементов - их в 2.6 раза больше, чем в составе нашего дневного светила! Возраст звезды достаточно неуверенно оценивается в 3.2-6.9 млрд. лет.

EPIC 203771098 наблюдалась космическим телескопом им Кеплера в рамках 2-й наблюдательной кампании миссии K2 с 23 августа по 13 ноября 2014 года. Кривая блеска звезды демонстрировала два четких транзитных сигнала с периодами 20.885 и 42.363 земных суток (что близко к резонансу 2:1) и глубиной, соответствующей планетам с радиусами 5.68 + 0.56 и 7.82 + 0.72 радиусов Земли, т.е. промежуточными между радиусами Нептуна и Сатурна.

Для подтверждения планетной природы транзитных кандидатов и измерения их массы исследователи воспользовались высокоточным спектрографом HIRES, установленным на 10-метровом телескопе Кек I. Было получено 32 замера лучевой