Система Kepler-51, включающая звезду возрастом менее 1 миллиарда лет, подобную Солнцу, и три транзитные планеты с радиусами примерно 6-9 радиусов Земли и орбитальными периодами примерно 45-130 дней, стала объектом пристального внимания астрономов в последние годы.
Ранее измеренные изменения времени транзита (TTV) были успешно смоделированы с учётом гравитационных взаимодействий между тремя транзитными планетами, что позволило оценить низкие массы и низкие средние плотности (менее 0,1 г/см³) для всех трёх планет.
Однако измерения времени транзита самой дальней транзитной планеты Kepler-51d, проведённые космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST) через 10 лет после наблюдений телескопа Kepler, существенно отличаются от прогноза, сделанного на основе трёхпланетной модели TTV. Это отклонение было подтверждено наземными инструментами и последующими наблюдениями телескопа «Хаббл» (HST).
Команда исследователей показала, что отклонение от модели с тремя планетами можно объяснить включением четвёртой внешней планеты, Kepler-51e, в модель TTV. Для Kepler-51e возможен широкий диапазон масс (менее массы Юпитера) и орбитальных периодов (менее 10 лет). Однако все решения, найденные в результате поиска «методом грубой силы», подразумевают массы менее 10 масс Земли для внутренних транзитных планет. Таким образом, их плотности остаются низкими, хотя и с большими неопределённостями, чем оценивалось ранее.
«Эта работа демонстрирует важность долгосрочного наблюдения за системами TTV для зондирования планет с большим периодом в системе», — отметил один из участников исследования. В отличие от других возможных решений, то, в котором Kepler-51e находится около резонанса среднего движения 2:1 с Kepler-51d, подразумевает низкие эксцентриситеты орбит (менее 0,05) и сопоставимые массы (около 5 масс Земли) для всех четырёх планет, как это видно в других компактных многопланетных системах.
Результаты исследования подчёркивают важность продолжения наблюдения за системами TTV для открытия новых планет и изучения их свойств. А также демонстрируют потенциал космического телескопа JWST для проведения высокоточных измерений времени транзита и изучения планетных систем.