TESS відкриває екзопланету з найдовшою орбітою

З понад 5000 планет, які, як відомо, існують за межами нашої Сонячної системи, більшість обертається навколо своїх зірок на дивовижно близькій відстані. Понад 80 відсотків підтверджених екзопланет мають орбіти коротші за 50 днів, що розміщує ці підсмажені світи принаймні вдвічі ближче до їхньої зірки, ніж Меркурій до нашого сонця, а деякі навіть ближче.

Нове відкриття в далеких світах

Астрономи починають отримувати загальну картину формування, еволюції та складу цих планет. Але для планет з довшими орбітальними періодами картина набагато розмитіша. Далекі світи, орбіти яких тривалістю від місяців до років, виявити важче, а отже, їхні властивості виявити важче.

Тепер список довгоперіодичних планет поповнився двома записами. Астрономи Массачусетського технологічного інституту , Університету Нью-Мексико та інших місць виявили рідкісну систему, що містить дві довгоперіодичні планети, що обертаються навколо TOI-4600, сусідньої зірки, яка знаходиться на відстані 815 світлових років від Землі.

Команда виявила, що зірка містить внутрішню планету з орбітою 82 дні, подібну до орбіти Меркурія, тоді як друга зовнішня планета обертається кожні 482 дні, розміщуючи її десь між орбітами Землі та Марса .

Розкриття даних TESS

Цінне відкриття було зроблено з використанням даних супутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite або TESS — місії під керівництвом MIT, яка спостерігає за найближчими зірками на наявність ознак екзопланет. Нова, більш віддалена планета має найдовший період, який TESS виявив на сьогодні. Це також одна з найхолодніших, приблизно -117 градусів за Фаренгейтом , тоді як внутрішня планета має помірнішу температуру 170 градусів за Фаренгейтом.

Обидві планети, ймовірно, є газовими гігантами, подібними до Юпітера та Сатурна , хоча склад внутрішньої планети може бути більшою мірою сумішшю газу та льоду. Ці дві планети доповнюють прірву між «гарячими Юпітерами» — підсмаженими короткоорбітальними планетами, які складають більшість відкриттів екзопланет — і набагато холоднішими газовими гігантами з довшим періодом у нашій Сонячній системі.

«Ці довгоперіодичні системи є відносно невивченим діапазоном», — каже член команди Кетрін Гессе, технічний співробітник Інституту астрофізики та космічних досліджень Кавлі Массачусетського технологічного інституту. «Оскільки ми намагаємося побачити, де наша сонячна система падає в порівнянні з іншими системами, які ми там знайшли, нам справді потрібні ці кращі приклади, щоб краще зрозуміти це порівняння. Тому що багато систем, які ми виявили, зовсім не схожі на нашу Сонячну систему».

Гессе та її колеги, включаючи провідного автора Ісмаеля Мірелеса, аспіранта Університету Нью-Мексико (UNM), опублікували свої результати 30 серпня в Astrophysical Journal Letters .

Як працює TESS

TESS відстежує найближчі зірки на наявність ознак екзопланет, вказуючи на ділянку неба та безперервно вимірюючи яскравість зірок у цьому секторі протягом 30 днів, перш ніж перейти до наступної ділянки. Вчені використовують «конвеєри» або алгоритмічні пошуки, щоб перевірити вимірювання на предмет падінь яскравості, які могли бути спричинені планетою, що пролітає перед своєю зіркою.

У 2020 році один трубопровід зафіксував можливий транзит від зірки на північному небі, поблизу сузір’я Дракона. Зірка була віднесена до категорії TOI-4600 (об’єкт інтересу TESS). Початковий транзит був детально вивчений робочою групою TESS Single Transit Planet Candidate Working Group, командою вчених з Массачусетського технологічного інституту, UNM та інших місць, які шукають ознаки довгоперіодичних планет у подіях з одним транзитом.

«Для місій на кшталт TESS, де він переглядає кожну частину неба лише протягом 30 днів, вам справді потрібно накопичити кількість спостережень, щоб отримати достатньо даних для пошуку планет з орбітами, довшими за місяць», — зазначає Гессе.

Відкриття гігантів

У 2021 році, коли Мірелес приєднався до групи, він продовжив там, де команда зупинилася, шукаючи більше спостережень від TESS, які б пояснили останній загадковий транзит.

«З кожним сектором даних, які надходили, я дивився, чи був другий транзит, а в перших п’яти секторах його не було», — згадує Мірелес. «Тоді, в липні минулого року, ми щось побачили».

Насправді вони побачили дві речі: один транзит, який з’явився в тому самому 82-денному циклі, що додатково підтвердило існування планети з довгою орбітою; і другий транзит, який було виявлено через 964 дні після попереднього, несинхронізованого транзиту. Ці два останні транзити були подібними за глибиною або кількістю затемненого світла, що свідчить про те, що обидва були створені одним об’єктом, який обертався 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 використала модель для моделювання того, як виглядала б планета з обома орбітальними періодами, і дійшла висновку, що 482-денна орбіта більш імовірна.

Щоб підтвердити, що вони ідентифікували дві планети з довгим періодом, дослідники зосередилися на зірці за допомогою кількох наземних телескопів. Ці спостереження допомогли команді виключити хибнопозитивні сценарії, наприклад, коли друга зірка затьмарює головну. Зрештою вони дійшли висновку, що зірка справді містить дві довгоперіодичні планети: TOI-4600b, теплий, схожий на Юпітер гігант; і TOI-4600c, морозний, крижаний гігант і планета з найдовшим періодом, виявлена ​​TESS на сьогодні.

«Відносно рідко ми бачимо дві гігантські планети в системі», — говорить Гессе. «Ми звикли бачити гарячі Юпітери, які знаходяться близько до своїх зірок, і зазвичай ми не знаходимо їм супутників, не кажучи вже про гігантських супутників. Ця система є більш унікальною конфігурацією».

Відстань між двома планетами, яка приблизно така ж, як простір між Меркурієм і Марсом, означає, що в системі можуть бути інші планети.

«Ми хочемо побачити, чи є докази існування нових планет», — каже Мірелес. «Безперечно, є багато місця для потенційних планет, як ближчих, так і далеких. І ми показуємо, що TESS здатний знаходити як теплі, так і холодні Юпітери». Джерело