|
Открыли новую планету в системе Кеплер-51
|
|
|
|
Согласно новому исследованию, проведенному учеными из Пенсильванского государственного университета и Университета Осаки, в необычной планетной системе с тремя известными "суперслой" планетами сверхнизкой плотности есть, по крайней мере, еще одна планета. Исследовательская группа намеревалась изучить Kepler-51d, третью планету в системе, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), но едва не упустила свой шанс, когда планета неожиданно прошла перед своей звездой на два часа раньше, чем предсказывали модели.
|
|
|
|
После тщательного изучения новых и архивных данных, полученных с различных космических и наземных телескопов, исследователи пришли к выводу, что лучшим объяснением является наличие четвертой планеты, гравитационное притяжение которой влияет на орбиты других планет системы. Открытие новой планеты подробно описано в статье, опубликованной в журнале Astronomical Journal.
|
|
|
|
"Планеты с супер-слоеными планетами очень необычны тем, что у них очень низкая масса и плотность", - сказала Джессика Либби-Робертс, научный сотрудник Центра экзопланет и обитаемых миров в Пенсильванском университете и соавтор статьи.
|
|
|
|
"Три ранее известные планеты, вращающиеся вокруг звезды Кеплер-51, размером примерно с Сатурн, но лишь в несколько раз превышают массу Земли, что приводит к плотности, подобной сахарной вате. Мы думаем, что у них крошечные ядра и огромные атмосферы из водорода и гелия, но как образовались эти странные планеты и как их атмосферы не были разрушены интенсивным излучением их молодой звезды, остается загадкой. Мы планировали использовать JWST для изучения одной из этих планет, чтобы помочь ответить на эти вопросы, но теперь нам нужно объяснить четвертую планету с малой массой в системе".
|
|
|
|
|
|
|
Когда планета проходит перед своей звездой или проходит транзитом через нее, если смотреть с Земли, она частично блокирует свет звезды, что приводит к небольшому уменьшению ее яркости. Продолжительность и величина этого уменьшения дают представление о размерах планеты и других характеристиках.
|
|
|
|
Планеты проходят транзит, когда завершают оборот вокруг своей звезды, но иногда они проходят транзит на несколько минут раньше или позже, потому что на них действует гравитация других планет системы. Эти незначительные различия известны как вариации времени прохождения планет по орбите и заложены в модели астрономов, позволяющие им точно предсказывать, когда планеты будут проходить по орбите.
|
|
|
|
Исследователи заявили, что у них нет оснований полагать, что трехпланетная модель системы Kepler-51 была неточной, и они успешно использовали эту модель для прогнозирования времени прохождения Kepler-51b в мае 2023 года, а затем с помощью телескопа Apache Point Observatory (APO) наблюдали его в соответствии с графиком.
|
|
|
|
"Мы также пытались использовать телескоп Penn State Davey Lab, чтобы наблюдать прохождение Kepler-51d в 2022 году, но из-за некорректно выбранного времени облака закрыли нам обзор как раз в тот момент, когда, по прогнозам, должно было начаться прохождение", - сказала Либби-Робертс. "Возможно, тогда мы могли бы узнать, что что-то не так, но у нас не было причин подозревать, что Kepler-51d пройдет не так, как ожидалось, когда мы планировали наблюдать его с помощью JWST".
|
|
|
|
Трехпланетная модель команды предсказала, что Kepler-51d пройдет около 2 часов ночи по восточному времени в июне 2023 года, и исследователи приготовились наблюдать это событие как с помощью JWST, так и с помощью APO.
|
|
|
|
"Слава богу, мы начали наблюдения на несколько часов раньше, чтобы установить исходную точку, потому что наступило 2 часа ночи, затем 3, а мы все еще не наблюдали изменения яркости звезды с помощью APO", - сказала Либби-Робертс. "После тщательного повторного запуска наших моделей и тщательного изучения данных мы обнаружили небольшое падение яркости звезды сразу же, как только начали наблюдение с помощью APO, что в конечном итоге привело к началу транзита - на 2 часа раньше, что значительно превышает 15—минутный диапазон неопределенности наших моделей".
|
|
|
|
Когда исследователи проанализировали новые данные APO и JWST, они подтвердили, что зафиксировали прохождение Kepler-51d, хотя и значительно раньше, чем ожидалось.
|
|
|
|
"Мы были действительно озадачены ранним появлением Kepler-51d, и никакая точная настройка модели с тремя планетами не могла объяснить такое большое расхождение", - сказал Кенто Масуда, доцент кафедры наук о Земле и космосе в Университете Осаки и соавтор статьи. "Только добавление четвертой планеты объяснило это различие. Это первая планета, обнаруженная с помощью вариаций времени прохождения с использованием JWST".
|
|
|
|
Чтобы помочь объяснить, что происходит в системе Kepler-51, исследовательская группа пересмотрела предыдущие данные о транзите, полученные с космического телескопа НАСА "Кеплер" и спутника NASA Transiting Exoplanet Survey (TESS). Они также провели новые наблюдения за внутренними планетами системы, в том числе с помощью космического телескопа Хаббла и телескопа Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института, и получили архивные данные с нескольких наземных телескопов.
|
|
|
|
Поскольку новая планета, Kepler-51e, еще не проходила транзитом — возможно, потому, что она не может проходить в зоне прямой видимости между своей звездой и Землей, — исследователи отметили, насколько важно было получить как можно больше данных для подтверждения своих новых моделей.
|
|
|
|
"Мы провели так называемый поиск методом "грубой силы", протестировав множество различных комбинаций свойств планет, чтобы найти модель с четырьмя планетами, которая объясняет все данные о транзите, собранные за последние 14 лет", - сказал Масуда.
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что сигнал лучше всего объясняется, если Kepler-51e имеет массу, аналогичную массе трех других планет, и движется по довольно круговой орбите продолжительностью около 264 дней — чего мы и ожидали бы, основываясь на других планетных системах. Другие возможные решения, которые мы нашли, предполагают наличие более массивной планеты на более широкой орбите, хотя мы считаем, что они менее вероятны".
|
|
|
|
Учет четвертой планеты и корректировка моделей также изменяют ожидаемые массы других планет в системе. По мнению исследователей, это влияет на другие предполагаемые свойства этих планет и дает информацию о том, как они могли сформироваться. Хотя три внутренние планеты немного массивнее, чем считалось ранее, они по-прежнему классифицируются как сверхмассивные. Однако неясно, является ли Kepler-51e также сверхпланетой, поскольку исследователи не наблюдали прохождение Kepler-51e и, следовательно, не могут рассчитать ее радиус или плотность.
|
|
|
|
"Сверхпланеты встречаются довольно редко, и когда они все-таки встречаются, то, как правило, они единственные в планетной системе", - сказала Либби-Робертс. "Если попытка объяснить, как в одной системе образовались три супер-облака, оказалась недостаточно сложной, то теперь мы должны объяснить существование четвертой планеты, независимо от того, является ли она супер-облаком или нет. И мы также не можем исключить наличие дополнительных планет в системе".
|
|
|
|
Поскольку исследователи полагают, что Kepler-51e находится на орбите в течение 264 дней, они заявили, что необходимо дополнительное время для наблюдений, чтобы получить более полное представление о воздействии его гравитации — или гравитации дополнительных планет — на три внутренние планеты системы.
|
|
|
|
"Орбита Kepler-51e немного больше орбиты Венеры и находится как раз внутри обитаемой зоны звезды, так что за пределами этого расстояния может происходить гораздо больше событий, если мы потратим время на изучение", - сказала Либби-Робертс. "Продолжение изучения вариаций времени прохождения планет может помочь нам обнаружить планеты, которые находятся дальше от своих звезд, и может помочь в наших поисках планет, которые потенциально могут поддерживать жизнь".
|
|
|
|
В настоящее время исследователи анализируют остальные данные JWST, которые могли бы дать информацию об атмосфере Kepler-51d. По словам исследователей, изучение состава и других свойств трех внутренних планет также может улучшить понимание того, как образовались необычные планеты со сверхнизкой плотностью сверхслоя.
|
|
|
|
В дополнение к Либби-Робертс и Масуде, которые возглавляли команду Kepler-51d, в международную исследовательскую группу входят Джон Ливингстон из Национальной астрономической обсерватории Японии, который координировал большинство наземных исследований; многие наземные наблюдатели; команда Kepler-51b; и команда Паломара.
|
|
|
|
Источник
|
