< Уникальный фрагмент эпохи формирования Земли возвращается после миллиардов лет космического холода

TRAPPIST-1: система из трех транзитных земель у тусклого красного карлика

У сравнительно близкого (12 пк) и тусклого красного карлика обнаружены три транзитные планеты размером с Землю. Самая внешняя из них может находиться в обитаемой зоне своей звезды.

---

Владислава Ананьева

Звезды красные карлики по ряду причин более удобны для поисков планет земного типа в обитаемой зоне, чем звезды – аналоги Солнца. Из-за небольшого размера таких звезд транзиты планет по их диску оказываются глубже, и их легче зарегистрировать, чем транзиты тех же планет по диску солнцеподобной звезды. Из-за небольшой массы таких звезд гравитационное влияние планет на них оказывается заметнее, и планеты легче обнаружить также и методом измерения лучевых скоростей. Кроме того, из-за низкой светимости красных карликов обитаемая зона оказывается расположенной совсем близко к звезде, и планеты, попавшие в эту зону, имеют орбитальные периоды всего несколько (десятков) земных суток, что позволяет при наблюдениях сравнительно быстро набрать необходимую статистику. Все это делает близкие красные карлики привлекательной целью для поиска рядом с ними потенциально обитаемых планет.

TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) – 60-санитиметровый автоматический телескоп, расположенный на территории Южно-Европейской обсерватории в Ла Силья, Чили. 40% наблюдательного времени этого телескопа посвящено получению фотометрии 60 сравнительно близких красных карликов спектральных классов M5 и более поздних, чья видимая звездная величина в полосе J меньше +12. Эта программа является прототипом более амбициозной программы SPECULOOS, которая стартует в 2016 году и охватит наблюдениями около 500 ярких красных карликов южного неба.

TRAPPIST снимал фотометрию звезды TRAPPIST-1 (2MASS J23062928-0502285) в лучах с длиной волны 0.9 мкм в течение 245 часов (62 ночи) с частотой раз в 1.2 минуты в период с 17 сентября по 28 декабря 2015 года. После обнаружения первых транзитных событий глубиной около 1% к наблюдениям звезды подключились более крупные телескопы: 2-метровый индийский телескоп Himalayan Chandra, 8-метровый VLT и 3.8-метровый UKIRT. Совместные наблюдения позволили идентифицировать два транзитных кандидата TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 c, также были зарегистрированы два транзитных события внешней планеты TRAPPIST-1 d.

Система TRAPPIST-1 прошла стандартную процедуру валидации (исключения астрофизических явлений, способных имитировать транзитный сигнал).

Итак, TRAPPIST-1 – тусклый красный карлик спектрального класса M8 V, чья масса близка к пределу Кумара (границе между красными и коричневыми карликами). Масса звезды оценивается в 0.080 ± 0.009 солнечных масс, радиус – в 0.114 ± 0.006 солнечных радиусов, светимость составляет всего ~1/1900 светимости Солнца. Расстояние до звезды, определенное с помощью измерения тригонометрического параллакса, составляет 12.1 ± 0.4 пк. Несмотря на относительную близость к Солнцу, в зеленых лучах видимая звездная величина TRAPPIST-1 достигает +18.8. Эффективная температура звезды оценивается всего в 2550 ± 55К – прохладнее некоторых горячих юпитеров! Возраст TRAPPIST-1 не известен, но, во всяком случае, он превышает 0.5 млрд. лет.

Внутренняя планета TRAPPIST-1 b имеет орбитальный период 1.51085 ± 0.00002 земных суток. Ее радиус оценивается в 1.113 ± 0.044 радиусов Земли. Планета вращается вокруг своей звезды на расстоянии 0.0111 ± 0.0004 а.е. (1.67 млн. км), ее температурный режим близок к температурному режиму Меркурия.

Средняя планета еще меньше – ее радиус всего 1.05 ± 0.05 радиусов Земли. Она вращается на расстоянии 0.01522 ± 0.00055 а.е. (2.28 млн. км) и делает один оборот за 2.42185 ±0.00003 земных суток. Температурный режим средней планеты близок к температурному режиму Венеры.

Про внешнюю планету известно меньше всего. За все время наблюдений (отнюдь не непрерывных) наблюдалось всего два транзитных события от этой планеты, так что ее орбитальный период остается неизвестным. Наиболее вероятное значение периода – 18.202 земных суток, но он также может быть равен 4.551, 5.200, 8.090, 9.101, 10.401, 12.135, 14.56124.270, 36.408 и 72.820 земных суток. Соответственно, планета может быть удалена от своей звезды на расстояние, лежащее в интервале от 0.022 до 0.146 а.е., а ее температурный режим может оказаться близким к температурному режиму Земли, а может – и к температурному режиму Юпитера. Радиус планеты составляет 1.163 ± 0.065 радиусов Земли.

Измерение массы планет методом измерения лучевых скоростей родительской звезды затруднено исключительной тусклостью TRAPPIST-1 в видимых лучах. Однако в ИК-диапазоне блеск звезды значительно выше (+11.35 в полосе J и +10.3 в полосе K). Ожидаемая амплитуда колебаний лучевой скорости TRAPPIST-1 под влиянием планет составляет от полуметра до нескольких метров в секунду, в будущем ее смогут измерить уже строящиеся спектрографы ИК-диапазона (например, SPIRou). Также массу планет можно будет оценить методом тайминга транзитов. По расчетам авторов открытия, вариации времени наступления транзитов планет в этой системе могут достигать нескольких десятков секунд, что вполне доступно для измерения.

Также очень неплохие перспективы открываются для изучения атмосфер планет TRAPPIST-1 методами трансмиссионной спектроскопии на Хаббле и особенно на космическом телескопе им. Джеймса Вебба (JWST), чей запуск ожидается в 2018 году. JWST сможет обнаружить в атмосферах планет водяной пар, углекислый газ, метан и озон.

Авторы открытия отмечают, что факт открытия системы TRAPPIST-1 в выборке из 60 звезд говорит (с учетом низкой вероятности транзитной конфигурации) о широкой распространенности планетных систем у поздних красных карликов. В окрестностях Солнца такие звезды составляют ~15% всего звездного населения, это значит, что аналогичные системы могут быть обнаружены и значительно ближе к Солнцу.

---