Космический телескоп, предназначенный для открытия экзопланет транзитным методом Transiting Exoplanet Survey Satellite, или TESS, обнаружил три новых планеты, которые являются одними из самых маленьких и ближайших экзопланет, известных на сегодняшний день. Планеты вращаются вокруг звезды на расстоянии всего 73х световых лет и включают в себя небольшую каменистую супер-Землю и два суб-Нептуна - планеты размером примерно в половину нашего ледяного гиганта.
Наиболее удаленный от звезды суб-Нептун, по-видимому, находится в «умеренной» зоне, а это означает, что самая верхняя часть атмосферы планеты находится в температурном диапазоне, который может поддерживать некоторые формы жизни. Тем не менее, ученые говорят, что атмосфера планеты, скорее всего, представляет собой толстую сверхплотную тепловую ловушку, которая делает поверхность планеты слишком горячей для появления воды или жизни.
Тем не менее, эта новая планетная система, которую астрономы назвали TOI-270, обладает другими любопытными свойствами. Например, все три планеты кажутся относительно одинаковыми по размеру. Напротив, наша собственная солнечная система населена планетарными крайностями, от небольших каменистых планет Меркурия, Венеры, Земли и Марса, до гораздо более массивных Юпитера и Сатурна и более отдаленных ледяных гигантов Нептуна и Урана.
В нашей солнечной системе нет ничего, что напоминало бы промежуточную планету, по размеру и составу где-то между Землей и Нептуном. Но TOI-270, по-видимому, содержит две такие планеты: оба суб-Нептуна меньше нашего Нептуна и ненамного больше, чем скалистая планета в системе.
Астрономы полагают, что суб-Нептуны TOI-270 может быть «недостающим звеном» в планетарном образовании, поскольку они имеют промежуточный размер и могут помочь исследователям определить, совпадают ли их пути развития с маленькими скалистыми планетами, подобными Земле, и более массивными, ледяными планетами, таким как Нептун или нет.
TOI-270 является идеальной системой для ответа на такие вопросы, потому что сама звезда находится поблизости и, следовательно, яркая, а также необычно тихая. Звезда - это М-карлик, тип звезды, которая обычно чрезвычайно активна, с частыми вспышками и солнечными бурями. TOI-270, похоже, является более старым M-карликом, успокоившимся и излучающим постоянно яркий свет, с помощью которой ученые могут измерить многие свойства вращающихся планет, такие как их масса и состав атмосферы.
«Есть много маленьких кусочков головоломки, которые мы можем решить с помощью этой системы», - говорит Максимилиан Гюнтер, ученый из Института астрофизики и космических исследований им. Кавли при Массачусетском технологическом институте и ведущий автор исследования, опубликованного сегодня в Nature Astronomy, в котором подробно описывается открытие , «С помощью этой системы вы действительно можете делать все, что хотите в науке экзопланет».
Планетарный шаблон
Гюнтер и его коллеги обнаружили три новые планеты после просмотра измерений яркости звезд, проведенных TESS. Разработанный Институтом астрофизики и космических исследований им. Кавли при Массачусетском технологическом институте спутник смотрит на участки неба в течение 27 дней, отслеживая тысячи звезд на предмет возможных переходов - характерных провалов в яркости, которые могут сигнализировать о планете, временно блокирующей свет звезды, когда она проходит перед ней.
Команда изолировала несколько таких сигналов от ближайшей звезды, расположенной на расстоянии 73х световых лет от южного полушария. Они назвали звезду TOI-270 для 270-го «Объекта интереса TESS», идентифицированного на сегодняшний день. Исследователи использовали наземные инструменты для отслеживания активности звезды и подтвердили, что сигналы являются результатом трех вращающихся экзопланет: планеты b - скалистой супер-Земли с примерно трехдневной орбитой; планета с - суб-Нептун с пятидневной орбитой; и планета d - еще один суб-Нептун, с 11-дневной орбитой.
Гюнтер отмечает, что планеты, похоже, выстраиваются в то, что астрономы называют «резонансной цепью», что означает, что отношение их орбит близко к целым числам - в данном случае 3: 5 для внутренней пары и 2: 1 для внешней пары - и что планеты находятся в «резонансе» друг с другом. Астрономы обнаружили другие маленькие звезды с подобными резонансными планетарными образованиями. И в нашей собственной солнечной системе спутники Юпитера также оказываются в резонансе друг с другом.
«Для TOI-270 эти планеты выстраиваются как жемчужины на веревочке», - говорит Гюнтер. «Это очень интересная вещь, потому что она позволяет нам изучать их динамическое поведение. И мы ожидаем, что если будет открыто больше планет, следующая будет где-то дальше, с другим целочисленным соотношением ».
«Необычная лаборатория»
Открытие TOI-270 первоначально вызвало волнение в научной команде TESS, так как в первом анализе казалось, что планета d может находиться в зоне обитания звезды, области, которая была бы достаточно прохладной, чтобы на поверхности планеты могли появиться вода и, возможно, жизнь. Но вскоре исследователи осознали, что атмосфера планеты, вероятно, была чрезвычайно густой и, следовательно, вызывала интенсивный парниковый эффект, в результате чего поверхность планеты была слишком горячей, чтобы на ней могла появиться жизнь.
Но Гюнтер говорит, что есть вероятность того, что в системе находятся другие планеты, более отдаленные от планеты d, на которых вполне могла зародиться жизнь. Планета d с 11-дневной орбитой находится на расстоянии около 10 миллионов километров от звезды. Гюнтер говорит, что, учитывая, что звезда маленькая и относительно холодная - примерно в два раза жарче, чем солнце - ее обитаемая зона потенциально может начаться на расстоянии около 15 миллионов километров. Но существует ли планета в этой зоне и пригодна ли она для обитания, зависит от множества других параметров, таких как ее размер, масса и атмосферные условия.
К счастью, команда пишет в своей статье, что «звезда-хозяин, TOI-270, прекрасно подходит для будущих поисков жизни, поскольку она особенно тихая». Исследователи планируют сфокусировать внимание на других инструментах, включая предстоящий космический телескоп Джеймса Вебба, на TOI-270, чтобы определить различные свойства трех планет, а также найти дугие планеты в зоне нахождения звезды.
«TOI-270 - настоящий Диснейленд для науки об экзопланетах, и одна из важнейших систем, открытых TESS для дальнейшего исследования», - говорит Гюнтер. «Это необычная лаборатория не по одной, а по многим причинам».
Это исследование было частично профинансировано NASA.
