Копание данных Кеплера обнаружило близкого близнеца Юпитера

Космический корабль НАСА «Кеплер», занимающийся поиском планет, был деактивирован в ноябре 2018 года, примерно через десять лет после запуска. Миссия обнаружила более 5000 экзопланет-кандидатов и 2662 подтвержденных экзопланеты с использованием метода транзита. Но ученые все еще работают со всеми данными Кеплера, надеясь обнаружить в наблюдениях больше планет.

Группа исследователей объявила об открытии еще одной планеты в данных Кеплера, и эта планета является почти близнецом Юпитера.

Планета называется K2-2016-BLG-0005Lb (извините), и она находится на расстоянии колоссальных 17 000 световых лет. Это почти в два раза дальше, чем следующая самая дальняя планета, открытая Кеплером. Его масса почти идентична массе Юпитера, и он вращается вокруг своей звезды на том же расстоянии, что и Юпитер вокруг Солнца. Астрономы нашли мир по данным Kepler за 2016 год.

Кеплер нашел планеты с помощью метод определения времени транзита. Но он обнаружил это по-другому. Он основывался на одном из предсказаний Эйнштейна; что чрезвычайно массивные объекты обладают такой мощной гравитацией, что могут преломлять свет. Это называется гравитационное микролинзирование.

«Вероятность того, что планета так влияет на фоновую звезду, составляет от десятков до сотен миллионов против одного».

Доктор Имонн Керинс, главный исследователь Совета по научно-техническим средствам.

Новая статья под названием «Кампания Kepler K2 9: II. Первое космическое открытие экзопланеты с помощью микролинзирования». Он доступен в Интернете на сайте предварительной печати arxiv.org и еще не прошел рецензирование. Ведущий автор – к.т.н. студент Дэвид Шпехт из Манчестерского университета.

Возможности обнаружения экзопланет с помощью гравитационного микролинзирования расширились в период с апреля по июль 2016 года, когда Кеплер наблюдал за миллионами звезд в направлении центра Млечного Пути. В методе микролинзирования астрономы наблюдают за светом от фоновой звезды, изогнутой массой экзопланеты на переднем плане. Это нелегко сделать; это требует точного выравнивания фона и переднего плана с точки зрения Кеплера.

«Чтобы увидеть эффект вообще, требуется почти идеальное выравнивание между планетарной системой на переднем плане и звездой на заднем плане», — сказал доктор Имонн Керинс, главный исследователь гранта Совета по научным и технологическим средствам (STFC), который финансировал это исследование. «Вероятность того, что фоновая звезда подвергается такому влиянию планеты, составляет от десятков до сотен миллионов против одного. Но ближе к центру нашей галактики находятся сотни миллионов звезд. Так что Кеплер просто сидел и наблюдал за ними три месяца».

В прошлом году группа исследователей разработал новый алгоритм для поиска кандидатов на микролинзирование в данных Кеплера. Некоторые из тех же исследователей стоят за этим новым исследованием. Исследователи разработали алгоритм для поиска свободно плавающих планет-кандидатов. Они нашли пять новых кандидатов, в том числе одно, которое является «… бинарным событием пересечения каустики, согласующимся со связанной планетой», говорится в этом исследовании.

Эти усилия расширили возможности данных Кеплера, хотя НАСА специально не разрабатывало миссию для микролинзирования. «Даже через космический телескоп, не предназначенный для исследований микролинзирования, этот результат подчеркивает преимущества открытия микролинзирования экзопланет, которые исходят от непрерывной временной выборки с высокой частотой, которая возможна из космоса», — пишут авторы нового исследования.

Исследование 2021 года «только» нашло одного кандидата в экзопланеты, и это новое исследование подтверждает его кандидатуру. Но в науке каждая планета — это точка данных, которая сообщает ученым что-то сейчас или в будущем.

Изображение слева представляет собой изображение Кеплера, где K2-2016-BLG-0005Lb показан красным кругом. Изображение справа – это изображение того же региона, сделанное Канадско-французским гавайским телескопом, с экзопланетой в красном кружке. K2-2016-BLG-0005Lb почти идентичен Юпитеру по массе и удаленности от звезды. Астрономы обнаружили его, используя данные, полученные в 2016 году космическим телескопом НАСА «Кеплер». Экзопланетная система находится в два раза дальше, чем любая из ранее обнаруженных Кеплером, который обнаружил более 2700 подтвержденных планет до прекращения операций в 2018 году. Изображение предоставлено: Specht et al. 2022.

Пять наземных обзоров также рассматривали ту же область неба, что и Кеплер, с апреля по июль 2016 года. Кеплер увидел аномалию микролинзирования раньше, чем они, потому что Кеплер ближе на 100 миллионов километров. Эта задержка позволила исследователям лучше понять, что они видели и где они это видели.

«Разница в точке обзора между Кеплером и наблюдателями здесь, на Земле, позволила нам триангулировать, где вдоль нашей линии обзора расположена планетарная система», — сказал доктор Керинс. Точка обзора Кеплера над атмосферой Земли также позволяла ему вести непрерывные наблюдения.

«Кеплер также мог непрерывно наблюдать за погодой или дневным светом, что позволило нам точно определить массу экзопланеты и ее орбитальное расстояние от родительской звезды», — сказал доктор Керинс. «По сути, это идентичный близнец Юпитера с точки зрения его массы и положения относительно Солнца, что составляет около 60% массы нашего собственного Солнца».

На этом рисунке из исследования показаны фотометрические данные Кеплера для обнаруженной экзопланеты K2-2016-BLG-0005Lb.  Область пересечения каустики хорошо видна и хорошо просматривается между ??  ?  ?2450000 = 7515 и 7519. Изображение предоставлено: Specht et al.  2022.
На этом рисунке из исследования показаны фотометрические данные Кеплера для обнаруженной экзопланеты K2-2016-BLG-0005Lb. Область пересечения каустики хорошо видна и хорошо просматривается между ?? ? ?2450000 = 7515 и 7519. Изображение предоставлено: Specht et al. 2022.

Это исследование подчеркивает растущую важность гравитационного микролинзирования в науке об экзопланетах. «Микролинзирование остается основным методом обнаружения холодных маломассивных экзопланет, в том числе планет за пределами снеговой линии», — пишут авторы. Метод транзита имеет встроенную погрешность выборки: он с большей вероятностью обнаружит планеты-гиганты рядом с большими звездами, потому что сигнал, блокирующий свет, более надежен. Метод транзита изо всех сил пытается идентифицировать планеты на более широких орбитах, потому что могут потребоваться сотни лет, чтобы произошло несколько транзитов, а астрономам нужно несколько транзитов, чтобы подтвердить кандидатов в экзопланеты. Гравитационное микролинзирование не имеет таких ограничений.

Но обнаружение таких планет, как 2-2016-BLG-0005Lb за пределами снежной линии Солнечной системы, необходимо для построения нашего понимания архитектуры Солнечной системы и укрепления наших теорий формирования планет. Текущие представления показывают, что планеты с большой массой формируются в результате аккреции ядра за линией снега, а затем мигрируют внутрь к звезде. (Хотя некоторые могут образуются из-за гравитационной неустойчивости.) Юпитер, вероятно, сделал это, и хотя Юпитер в конце концов вышел на свою орбиту за снежной линией, другие планеты могут этого не делать. Этот процесс объясняет большое количество горячих юпитеров в базе данных экзопланет.

На этом изображении представлено художественное представление о 10 горячих экзопланетах Юпитера, изученных с помощью космических телескопов Хаббл и Спитцер.  Астрономы считают, что около 10% экзопланет являются горячими юпитерами, но их легче обнаружить.  (Цвета приведены только для иллюстрации.) Изображение предоставлено ESA/Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45642004.
На этом изображении представлено художественное представление о 10 горячих экзопланетах Юпитера, изученных с помощью космических телескопов Хаббл и Спитцер. Астрономы считают, что около 10% экзопланет являются горячими юпитерами, но их легче обнаружить. (Цвета приведены только для иллюстрации.) Изображение предоставлено ESA/Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45642004.

«Моделирование также показывает, что планеты с меньшей массой должны существовать в большом количестве за пределами снеговой линии, но они обычно не мигрируют со своей орбиты формирования», — пишут авторы. «Прощупывая
демография холодных маломассивных экзопланет, поэтому мы можем напрямую проверять прогнозы формирования планет, без необходимости учитывать сложную динамику миграции».

Астрономы доказали, что гравитационное микролинзирование может обнаруживать далекие экзопланеты, но им не придется полагаться на более старые данные Кеплера, чтобы использовать этот метод. Римский телескоп НАСА Нэнси Грейс должен обнаружить тысячи экзопланет с помощью гравитационного микролинзирования. Одно исследование показало, что он может обнаруживать более 100 000 их.

«Роман найдет планеты в других плохо изученных категориях», — говорит НАСА. «Микролинзирование лучше всего подходит для поиска миров из обитаемой зоны их звезды и дальше. Сюда входят ледяные гиганты, такие как Уран и Нептун в нашей Солнечной системе», — поясняется на веб-сайте NASA, посвященном римскому космическому телескопу. Некоторые данные показывают, что ледяные гиганты являются наиболее распространенным типом экзопланет в галактике, что делает нашу собственную Солнечную систему чем-то вроде исключения из всего двух таких планет. «Роман проверит эту теорию и поможет нам лучше понять, какие планетарные характеристики наиболее распространены».

Роман будет наблюдать за галактическим центром, областью, заполненной звездами. Чем больше звезд он смотрит, тем больше событий микролинзирования он может увидеть.

Миссия ЕКА Euclid также будет использовать гравитационное микролинзирование. Его основная миссия — изучение темной материи, темной энергии и расширения Вселенной. Но он также может обнаруживать экзопланеты. Евклид и Роман созданы для того, чтобы дополнять друг друга, поэтому кто знает, чему мы можем у них научиться.

Д-р Керинс является заместителем руководителя рабочей группы ЕКА по исследованию экзопланет Euclid. «Кеплер никогда не предназначался для поиска планет с помощью микролинзирования, поэтому во многих отношениях удивительно, что он это сделал. Роман и Евклид, с другой стороны, будут оптимизированы для такой работы. Они смогут завершить перепись планет, начатую Кеплером», — сказал он.

«Мы узнаем, насколько типична архитектура нашей собственной Солнечной системы. Данные также позволят нам проверить наши представления о том, как формируются планеты. Это начало новой захватывающей главы в нашем поиске других миров».

Более:

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.