Ученые открыли новую экзопланету с атмосферой

Международная группа ученых открыла новую экзопланету с умеренным климатом размером меньше Нептуна с 24-дневным орбитальным периодом, вращающуюся вокруг ближайшей карликовой звезды M-класса.

Недавнее открытие предлагает захватывающие возможности для исследований благодаря существенной атмосфере планеты, маленькой звезде и тому, как быстро система удаляется от Земли.

Экзопланета TOI-1231 b была обнаружена с использованием фотометрических данных со спутника Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) и продолжена наблюдениями с помощью спектрографа Planet Finder (PFS) на телескопе Magellan Clay в обсерватории Лас-Кампанас в Чили. PFS - это сложный инструмент, который обнаруживает экзопланеты по их гравитационному влиянию на звезды. Поскольку планеты вращаются вокруг звезд, их измеренные скорости периодически меняются, показывая присутствие планет и информацию о массе и орбите.

Стратегия наблюдений, принятая TESS, делит каждое полушарие на 13 секторов, которые исследуются в течение примерно 28 дней, обеспечивает наиболее полный поиск транзитных планет по всему небу. Этот подход уже доказал свою способность обнаруживать как большие, так и малые планеты вокруг звезд, начиная от солнечных и заканчивая звездами M-карликами с малой массой. M-карлики, также известные как красные карлики, являются наиболее распространенным типом звезд в Млечном Пути, составляя около 70% всех звезд в галактике.

M-карлики меньше по размеру, обладают небольшой массой Солнца и низкой светимостью. Поскольку они меньше, когда планета заданного размера проходит мимо звезды, количество света, блокируемого планетой, больше, что облегчает обнаружение транзита. Планета, похожая на Землю, проходящая перед звездой размером с Солнце, будет блокировать крошечный кусочек света; но если пройдет перед звездой, которая намного меньше, доля заблокированного света будет больше. В некотором смысле это создает большую тень на поверхности звезды, что делает планеты вокруг M-карликов более легко обнаруживаемыми и более простыми для изучения.

Хотя он позволяет обнаруживать экзопланеты по небу, стратегия съемки TESS также дает значительные погрешности наблюдений, основанные на орбитальном периоде. Экзопланеты должны пересечь свои звезды по крайней мере дважды в пределах диапазона наблюдений TESS, чтобы их обнаружили с правильным периодом SPOC и QLP, которые ищут 2-минутный и 30-минутный периоды в данных TESS. Поскольку 74 % полного покрытия неба TESS наблюдается только в течение 28 дней, большинство обнаруженных экзопланет TESS имеют период менее 14 дней. Таким образом, 24-дневный период TOI-1231b делает его открытие еще более ценным.

Дженнифер Берт, ведущий автор статьи, вместе со своими коллегами, включая Диану Драгомир, доцент кафедры физики и астрономии UNM, измерили как радиус, так и массу планеты.

«Работая с группой астрономов, разбросанных по всему земному шару, мы смогли собрать данные, необходимые для характеристики звезды и измерения радиуса и массы планеты», - сказала Берт. «Эти значения позволили рассчитать объемную плотность планеты и сделать гипотезу о том, из чего состоит планета. TOI-1231 b очень похожа по размеру и плотности на Нептун, поэтому мы думаем, что у неё такая же большая газовая атмосфера».

«Еще одно преимущество экзопланет, вращающихся вокруг M-карликов, заключается в том, что нам проще измерить их массы, так как отношение массы планеты к массе звезды также больше. Когда звезда меньше и менее массивна, методы обнаружения работают лучше, потому что планета внезапно играет большую роль, поскольку легче выделяется по сравнению со звездой», - пояснила Драгомир. «Как тень, отбрасываемая на звезду. Чем меньше звезда, тем менее массивна звезда, тем сильнее влияние планеты можно обнаружить».

«Несмотря на то, что TOI 1231b в 8 раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, её температура аналогична температуре Земли, благодаря более холодной и менее яркой звезде», - говорит Драгомир. «Сама планета больше Земли и немного меньше Нептуна - мы могли бы назвать ее суб-Нептуном».

TOI-1231b с температурой около 330 кельвинов или 140 градусов по Фаренгейту является одной из самых крутых и малых экзопланет, доступных для атмосферных исследований, открытых на данный момент.

Предыдущие исследования показывают, что на таких прохладных планетах могут быть облака высоко в атмосфере, что затрудняет определение типы газов. Но новые наблюдения другой маленькой прохладной планеты под названием K2-18b сломали эту тенденцию и показали наличие воды в ее атмосфере, что удивило многих астрономов.

«TOI-1231 b - одна из немногих известных планет с аналогичным размером и температурным диапазоном, поэтому будущие наблюдения за ней позволят определить, насколько часто (или редко) водяные облака образуются вокруг планет с умеренным климатом», сказала Берт.

Кроме того, благодаря высокой яркости в ближнем инфракрасном (NIR) диапазоне звезды она представляет собой интересную цель для будущих миссий с космическим телескопом Хаббла (HST) и космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST). Первая серия наблюдений должна состояться в конце этого месяца с использованием космического телескопа Хаббла.

«Низкая плотность TOI 1231b указывает на то, что он окружен плотной атмосферой, а не каменистой планетой. Но состав и размеры этой атмосферы неизвестны!» - сказала Драгомир. «TOI1231b может иметь большую водородную или водородно-гелиевую атмосферу или более плотную атмосферу из водяного пара. Каждая из них будет указывать на различное происхождение, что позволит астрономам понять, формируются ли планеты вокруг M-карликов по-другому в сравнении с планетами вокруг Солнца, например. Наши предстоящие наблюдения HST начнут отвечать на эти вопросы, а JWST обещает еще более тщательное изучение атмосферы планеты».