Используя наблюдения с транзитного спутника наблюдения экзопланет НАСА (TESS) , международная группа астрономов обнаружила три горячих мира размером больше земли, вращающихся вокруг гораздо более молодой версии нашего Солнца под названием TOI 451. Эта система находится в недавно открытом потоке рыбы-Эридан, скоплении звезд, возраст которых составляет менее 3% от возраста нашей Солнечной системы и которые занимают одну треть неба.
Планеты были обнаружены на снимках TESS, сделанных в период с октября по декабрь 2018 года. Последующие исследования TOI 451 и его планет включали наблюдения, проведенные в 2019 и 2020 годах с использованием космического телескопа НАСА Spitzer , который с тех пор был выведен из эксплуатации, а также многих наземных объектов. Архивные инфракрасные данные с околоземного объекта NASA Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE) спутник-собранный между 2009 и 2011 годами под своим предыдущим псевдонимом WISE-предполагает, что система сохраняет прохладный диск пыли и скалистых обломков. Другие наблюдения показывают, что TOI 451, вероятно, имеет двух далеких звездных компаньонов, вращающихся друг вокруг друга далеко за пределами планет.
“Системе всего 120 миллионов лет, и она находится всего в 400 световых годах от нас, что позволяет проводить детальные наблюдения за этой молодой планетной системой. А поскольку существует три планеты размером в два-четыре раза больше Земли, они представляют собой особенно многообещающие мишени для проверки теорий о том, как эволюционируют атмосферы планет.”- сказала Элизабет Ньютон, ассистент профессора физики и астрономии в Дартмутском колледже в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир, которая возглавляла исследование.
Статья, сообщающая об этих находках, была опубликована 14 января в журнале Astronomical Journal и доступна в интернете.
Звездные потоки образуются, когда гравитация нашей галактики Млечный путь разрывает звездные скопления или карликовые галактики. Отдельные звезды движутся по первоначальной орбите скопления, образуя вытянутую группу, которая постепенно рассеивается.
В 2019 году команда под руководством Стефана Мейнгаста из Венского университета использовала данные миссии Европейского космического агентства Gaia для открытия потока рыбы-Эридан, названного так в честь созвездий, содержащих наибольшую концентрацию звезд. Протяженность этого потока, охватывающего 14 созвездий, составляет около 1300 световых лет. Однако возраст, первоначально определенный для потока, был намного старше, чем мы думаем сейчас.
Позже в 2019 году исследователи во главе с Джейсоном Кертисом из Колумбийского университета в Нью-Йорке проанализировали данные TESS для десятков членов потока. Более молодые звезды вращаются быстрее, чем их более старые коллеги, и у них также есть заметные Звездные пятна – более темные, более прохладные области, такие как солнечные пятна. Поскольку эти пятна вращаются в нашем поле зрения и , они могут производить небольшие изменения яркости звезды, которые Тесс может измерить.
Измерения Тэсс выявили неопровержимые доказательства наличия звездных пятен и быстрого вращения среди звезд потока. Основываясь на этом результате, Кертис и его коллеги обнаружили, что потоку было всего 120 миллионов лет – подобно знаменитому скоплению Плеяд и в восемь раз моложе предыдущих оценок. Масса, молодость и близость потока рыбы-Эридан делают его захватывающей фундаментальной лабораторией для изучения формирования и эволюции звезд и планет.
“Данные Тесс позволят нам еще много лет расширять границы наших знаний об экзопланетах и их системах.”говорит Джесси Кристиансен, соавтор документа
Молодая звезда TOI 451, более известная астрономам как CD-38 1467 , находится примерно в 400 световых годах от нас в созвездии Эридана. Она имеет 95% массы нашего Солнца, но на 12% меньше, немного прохладнее и излучает на 35% меньше энергии. TOI 451 вращается каждые 5,1 дня, что более чем в пять раз быстрее, чем солнце.
Тесс замечает новые миры, наблюдая транзиты, небольшие регулярные потускнения, которые происходят, когда планета проходит перед своей звездой. Транзиты со всех трех планет очевидны в данных TESS. Команда Ньютона получила измерения от Спитцера, которые подтвердили выводы Тесс и помогли исключить возможные альтернативные объяснения. Дополнительные наблюдения проводились обсерваторией Лас -Камбрес – глобальной сетью телескопов со штаб – квартирой в Голете, штат Калифорния, - и австралийским телескопом Perth Exoplanet Survey .
Даже самая удаленная планета TOI 451 вращается в три раза ближе, чем Меркурий когда-либо приближался к Солнцу, поэтому все эти миры довольно жаркие и негостеприимные для жизни, как мы ее знаем. Оценки температуры варьируются от примерно 2200 градусов по Фаренгейту (1200 градусов по Цельсию) для самой внутренней планеты до примерно 840 F (450 C) для самой внешней.
TOI 451 b вращается каждые 1,9 дня, примерно в 1,9 раза больше Земли, а его предполагаемая масса колеблется от двух до 12 раз больше земной. Следующая планета, TOI 451 c, совершает оборот по орбите каждые 9,2 дня, примерно в три раза больше земли и имеет массу от трех до 16 раз большую, чем Земля. Самый дальний и самый большой мир, TOI 451 d, обращается вокруг звезды каждые 16 дней, в четыре раза больше нашей планеты и весит от четырех до 19 масс Земли.
Астрономы ожидают, что планеты такого размера, как эти, сохранят большую часть своей атмосферы, несмотря на интенсивное тепло от их ближайшей звезды. Наблюдение звездного света, проходящего через атмосферы этих планет, дает возможность изучить эту фазу развития и может помочь в ограничении существующих моделей.
“Измеряя звездный свет, проникающий в атмосферу планеты на разных длинах волн, мы можем определить ее химический состав и наличие облаков или высокогорных Туманов”,-сказала Элиза Кинтана, астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. “Планеты TOI 451 предлагают отличные цели для таких исследований с Хабблом и предстоящим космическим телескопом Джеймса Уэбба.”
Наблюдения WISE показывают, что система необычайно ярка в инфракрасном свете, который невидим для человеческого глаза, на длинах волн 12 и 24 микрометра. Это говорит о наличии диска обломков, где скалистые астероидоподобные тела сталкиваются и измельчают себя в пыль. Хотя Ньютон и ее команда не могут определить протяженность диска, они представляют его себе как диффузное кольцо из камня и пыли, сосредоточенное примерно на таком же расстоянии от звезды, как Юпитер от нашего Солнца.
Исследователи также изучили слабую соседнюю звезду, которая появляется примерно в двух пикселях от TOI 451 на изображениях TESS. Основываясь на данных , команда Ньютона определила, что эта звезда является гравитационно связанным спутником, расположенным так далеко от TOI 451, что ее свету требуется 27 дней, чтобы добраться туда. На самом деле, исследователи считают, что спутник, скорее всего, представляет собой двойную систему из двух карликовых звезд М-типа, каждая из которых имеет около 45% массы Солнца и излучает только 2% своей энергии.