Горячая супер-земная кулинария в Радиус-Вэлли

Заголовок: TOI-1075 b: Плотная, массивная, сверхкороткопериодическая горячая суперземля, охватывающая радиусный разрыв

Авторы: Захра Эссак, Ави Шпорер, Дженнифер А. Берт и др.

Первое авторское учреждение: Департамент наук о Земле, атмосфере и планетах, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс 02139, США и Институт астрофизики и космических исследований Кавли, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс 02139, США

Статус: Представлено AJ [open access]

Поскольку Кеплер Телескоп впервые обратил свой взор на космос, мы нашли зоопарк экзопланет — планет, вращающихся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца, — с совершенно разными характеристиками. Некоторые миры расплавленной лавы, из которых выпадают камнидругие бегемоты в несколько раз больше Юпитера или же крошечные миры треть радиуса Земли. В 2018 году ТЭСС сменил Кеплер в качестве нашего передового телескопа для поиска планет, постоянно исследуя небо в поисках целей, чтобы добавить к нашему постоянно растущему планетарному зверинцу. Авторы сегодняшней статьи исследуют одну из тысяч звезд, выбранных для наблюдений с помощью TESS, и обнаруживают, что на ней находится одна из самых горячих и быстрых звезд. суперземли мы нашли, потенциально с родным братом!

Звездные крапинки Sus Out Siblings

Сначала авторы обращают внимание на главную звезду TOI-1075. Используя данные из Гея положения, яркости и движения звезды, они обнаружили, что эта звезда живет в более прохладной и тусклой части спектра. Основная последовательность. Чтобы охарактеризовать звезду, они соответствуют ее спектральное распределение энергии, который показывает, сколько энергии он излучает в диапазоне длин волн. Установка модель звездной атмосферы к этому они оценили эту звезду как «М-карлик— меньше и менее массивно, чем наше Солнце.

Чтобы подтвердить, что любые сигналы от их поиска экзопланет были связаны с планетой, а не с какими-либо двойными звездами-компаньонами, которые могли скрываться очень близко к TOI-1075, авторы выполнили спекл-визуализация этой цели. Этот метод основан на съемке множества изображений звезды с очень короткой выдержкой, чтобы выявить зернистые яркие пятна — крапинки — разбросанные по изображению из-за атмосферной турбулентности. Если бы изображения были с более длительной экспозицией, пятна двух звезд смешались бы вместе и маскировались бы под одну звезду. При очень коротких выдержках вы увидите две отчетливые спекл-паттерны, предупреждающие вас о присутствии скрытого звездного компаньона. Основываясь на этом изображении и поиске ближайших звезд в каталоге Gaia, авторы делают обоснованное предположение, что TOI-1075 ведет уединенный образ жизни.

Что готовим?

TESS специально разработан для наблюдения за экзопланетами. транзиты: если орбита планеты заставляет ее проходить перед диском звезды-хозяина, это заставит звезду тускнеть, пока планета проходит транзитом по поверхности звезды. Астрономы могут измерить это затемнение, глядя на кривую блеска звезды, отображающую ее яркость в течение определенного периода времени. Яркость будет уменьшаться и проявляться в виде провала на кривой, когда планета проходит перед хозяином. Кривая блеска TOI-1075 и ее наилучшее соответствие данным показаны ниже на рисунке 1. Отсюда мы видим, что планета обращается вокруг своей звезды всего за 0,605 дня (14,5 часа), что делает ее планетой с ультракоротким периодом! После проверки того, что это падение не является ложным срабатыванием затменная бинарная система, дуэт звезды и планеты был назван объектом интереса TESS (отсюда и название TOI).

Как только команда узнала, что имеет дело с реальной новой экзопланетой (и невероятно быстрой!), они быстро использовали специализированное программное обеспечение, чтобы предсказать, когда эта планета снова совершит транзит, и запланировали множество последующих наблюдений с помощью различных наземных средств. телескопы, чтобы охарактеризовать его. Помимо получения дополнительной транзитной фотометрии, они также использовали Спектрограф для поиска планет на одном из Магеллановы телескопы получить радиальная скорость (RV) измерения звезды. Измерение RV звезды – еще один очень распространенный косвенный метод обнаружения экзопланет. Вместо того, чтобы смотреть на яркость звезды, этот метод фиксирует, насколько быстро она качается из стороны в сторону из-за небольшого, но измеримого гравитационного притяжения, которое оказывает на нее любая экзопланета. После моделирования и нахождения наилучших соответствий их транзитным данным и данным RV, авторы обнаружили, что TOI-1075 b является экзопланетой, масса которой примерно в 10 раз больше, радиус в 1,8 раза больше, температура в 5 раз больше, а плотность в 1,7 раза больше, чем у Земли.

Редкий ингредиент

Хотя обнаружение еще одной планеты может показаться каплей воды в планетарном океане, характеристики этого горячего гиганта имеют некоторые действительно интересные последствия для нашего понимания формирования экзопланет, атмосферы и состава.

Его радиус – между 1-2 R_Земля– устанавливает TOI-1075 b как «суперземлю». Удивительно, но если вы посмотрите на распределение радиусов у небольших экзопланет, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, мы увидим недостаток планет прямо вокруг радиуса TOI-1075 b. Дублированный «радиус зазораили «долина радиуса», астрономы до сих пор не совсем уверены, почему существует эта бимодальность, но есть несколько теорий, основанных на идее атмосферных потерь: либо вы получаете более крупные планеты с толстыми водородно-гелиевыми атмосферными оболочками дальше от их звезда-хозяин или близкие небольшие каменистые планеты, атмосфера которых была потеряна из-за 1) фотоиспарения: планеты теряют свою атмосферу из-за интенсивного излучения своей звезды-хозяина и оставляют после себя более мелкие скалистые ядра, 2) питание от ядра потеря массы: после формирования ядра планет остывают, и их светимость разрушает ее атмосферу, или 3) образование с низким содержанием газа: образующиеся планеты либо скалистые, либо некаменистые, а некаменистые планеты формируются в среде без особого газ для начала.

Если построить распределение экзопланет в пространстве орбитальный период-радиус, можно измерить наклон долины радиуса (см. рис. 2). Это измерение может различать три ранее перечисленные теоретические модели того, почему возникает разрыв в радиусе, и различается в зависимости от типа родительской звезды, вокруг которой вращается набор экзопланет. Для TOI-1075, М-карлика, который меньше нашего Солнца, его экзопланета находится в сладком месте – прямо в середине долины радиуса, между склонами, предсказанными фотоиспарением и образованием с низким содержанием газа. Поэтому, хотя авторы не могут сказать, какая из этих моделей является победителем, TOI-1075 b добавляет важную точку данных для дальнейшего тестирования этих моделей радиусных долин и определения различных механизмов потери массы.

Мы еще не знаем, в какой атмосфере находится TOI-1075b (если она есть!), но авторы считают, что это отличный кандидат для дальнейшего исследования. JWSTх эмиссионная спектроскопия возможности увидеть, могут ли в его атмосфере испаряться металлы или силикаты из-за того, что он такой горячий, или тонкая атмосфера H / He или CO₂. Копая глубже, численно моделируя внутреннюю часть экзопланеты, они предсказывают, что она имеет земной каменистый состав. Мало того, что эта планета является одной из самых плотных и массивных суперземель, когда-либо обнаруженных, но, глядя на тенденции в ее данных RV, авторы видят доказательства существования еще одной возможной планеты в этой системе! Хотя период этой планеты больше, чем их текущие наблюдения, и поэтому не был точно измерен, наблюдения указывают на то, что она похожа на Землю, совершая оборот по крайней мере за 353 дня. Используя эту оценку и предполагая, что он находится на круговой орбите, авторы подсчитали, что он должен быть в 87 раз больше массы Земли, настоящий гигант по сравнению с его уже массивным братом. Надеемся, что благодаря дополнительным наблюдениям TESS (уже запланированным на июль 2023 г.!) .

Астробит под редакцией: Liza Sazonova

Избранное изображение: ESO/spaceengine.org