< Ракета-носитель «Ангара» испытывается на космодроме Плесецк

Планетный урожай Кеплера (часть II)

Продолжение рассказа о подтвержденных планетных системах Кеплера, анонсированных Калифорнийской группой в конце прошлого года. Сегодня речь пойдет о многопланетных системах Kepler-100, Kepler-102 и Kepler-106.

---

Владислава Ананьева

Среди планетных систем Кеплера значительная часть является многопланетной – т.е. содержит сразу несколько транзитных кандидатов. Такие системы гораздо более надежны, чем одиночные (вероятность того, что транзитный кандидат в многопланетной системе окажется ложным, гораздо ниже, чем аналогичная вероятность для одиночного кандидата). Как правило, подобные системы содержат несколько (3-5) сравнительно небольших планет на круговых или близких к круговым орбитах, тесно упакованных глубоко внутри орбиты Меркурия (0.39 а.е.).

Kepler-100 (KOI-41, KIC 6521045)

Kepler-100 – солнцеподобная звезда немного массивнее, ярче и больше Солнца. Ее спектральный класс – ранний G, масса оценивается в 1.08 ± 0.06 солнечных масс, радиус почти в полтора раза превышает солнечный. По всей видимости, звезда недавно сошла с главной последовательности и начала эволюционировать в сторону превращения в красный гигант, ее возраст составляет ~6.5 млрд. лет.

Кривая блеска этой звезды демонстрирует 3 транзитных сигнала с периодами 6.9, 12.8 и 35.3 земных суток, соответствующих планетам с радиусами 1.3, 2.2 и 1.6 радиусов Земли. В мае 2010 года была проведена съемка окрестностей Kepler-100 с помощью системы адаптивной оптики ARIES на телескопе MMT, дабы исключить имитацию транзитных сигналов затменно-переменными двойными фона. На расстоянии от 0.1 до 6 угловых секунд от Kepler-100 никаких более-менее ярких звезд не обнаружилось. Спектры звезды Kepler-100, полученные на 2.7-метровом телескопе МакДональда, также не показали следов наличия дополнительных звездных спектров. Все это привело астрономов к выводу, что транзитные кандидаты системы Kepler-100 действительно являются планетами.

Начиная с 29 июля 2009 года, в течение 1221 дней было получено 44 замера лучевой скорости звезды Kepler-100. Методом измерения лучевых скоростей удалось оценить массу только самой внутренней планеты Kepler-100 b – она оказалась равной 7.34 ± 3.2 масс Земли. На массы остальных двух планет были получены верхние пределы – 7 и 3 массы Земли. Средняя плотность внутренней планеты таким образом составила 14.25 ± 6.33 г/куб.см, что явно говорит о ее железокаменном (или даже преимущественно железном) составе. Средняя плотность средней планеты не превышает ~3.6 г/куб.см, что говорит о большой доле летучих, входящих в ее состав.

Kepler-102 (KOI-82, KIC 10187017)

Kepler-102 – оранжевый карлик массой 0.80 ± 0.06 солнечных масс и радиусом 0.74 ± 0.02 солнечных радиусов. Кривая блеска этой звезды демонстрирует целых 5 транзитных сигналов с периодами 5.28, 7.1, 10.3, 16.1 и 27.5 земных суток и глубиной, соответствующей планетам с радиусами (от внутренней планеты к внешней) 0.47, 0.58, 1.18, 2.22 и 0.88 радиусов Земли. В июне 2010 года была проведена съемка окрестностей Kepler-102 с помощью системы адаптивной оптики ARIES; на угловых расстояниях более 0.2 угловых секунд не было обнаружено ни одной фоновой звезды, которая была бы менее чем на 7 звездных величин тусклее Kepler-102. Отсутствие следов дополнительных звездных спектров в спектре Kepler-102 также убедило ученых в том, что ее транзитные кандидаты являются планетами, а не близкими затменно-переменными двойными фона.

Измерение лучевых скоростей звезды с помощью спектрографа HIRES помогло оценить массы самых крупных планет в этой системе – Kepler-102 d и Kepler-102 e. Масса планеты Kepler-102 d очень неуверенно оценили в 3.8 ± 1.8 масс Земли, что при радиусе 1.18 радиусов Земли приводит к средней плотности 13.27 ± 6.46 г/куб.см (это означает ее железокаменный или преимущественно железный состав). Масса планеты Kepler-102 e при радиусе 2.22 радиуса Земли оказалась равной 8.93 ± 2.0 масс Земли, а ее средняя плотность – 4.7 ± 1.1 г/куб.см. Остальные три планеты этой системы слишком маленькие, чтобы заметно повлиять на лучевую скорость своей звезды, так что их масса, состав и средняя плотность остались неизвестными (соответствующие верхние пределы составили 4.3 и 3.0 масс Земли для двух внутренних планет и 5.2 массы Земли для самой внешней планеты).

Kepler-106 (KOI-116, KIC 8395660)

Kepler-106 – еще одна солнцеподобная звезда раннего G-класса. Ее масса в пределах погрешностей измерения равна солнечной, радиус довольно неуверенно оценивается в 1.04 ± 0.17 солнечных радиусов. Кривая блеска этой звезды демонстрирует 4 транзитных сигнала с периодами 6.2, 13.6, 24.0 и 43.8 земных суток и глубиной, соответствующей планетам с радиусами 0.82 ± 0.11, 2.50 ± 0.32, 0.95 ± 0.13 и 2.56 ± 0.33 радиусов Земли (большие погрешности в определении радиусов планет вызваны значительной погрешностью в определении радиуса звезды, поскольку глубина транзита пропорциональна величине (r_pl/R_star)²).

Как и для остальных звезд выборки, для Kepler-106 была проделана стандартная процедура валидации (предварительного подтверждения транзитных кандидатов). Снимки окрестностей звезды, сделанные с помощью системы адаптивной оптики ARIES, показали отсутствие подозрительных фоновых звезд, а спектр Kepler-106 оказался лишен признаков дополнительных звездных спектров. Измерения лучевой скорости звезды с помощью спектрографа HIRES позволили оценить массы обеих крупных планет Kepler-106 c и Kepler-106 e, тогда как массы двух маленьких планет измерить не удалось.

Масса второй планеты Kepler-106 c оказалась равной 10.44 ± 3.2 масс Земли, что приводит к средней плотности 3.28 ± 1.56 г/куб.см. Массу четвертой планеты оценили в 11.2 ± 5.8 масс Земли (соответственно, средняя плотность оказалась равной 3.1 ± 2.1 г/куб.см).

Авторы научной работы отмечают, что среди тех планет, у которых хоть как-то удалось измерить массу и оценить среднюю плотность, плотными (т.е. железокаменными или преимущественно железными) являются планеты небольших размеров (с радиусами < 1.5 радиусов Земли), тогда как все планеты с радиусами больше 2 радиусов Земли оказались явно обогащенными летучими веществами. 

Общая распространенность планет с радиусами 1-4 радиусов Земли ближе 0.5 а.е. от родительских звезд оценивается авторами в 30-50%. Заметим, что Солнечная система в эти 30-50% не входит: радиус Меркурия заметно меньше 1 радиуса Земли, а Венера вращается дальше 0.5 а.е. от Солнца. 

Источник: http://arxiv.org/pdf/1401.4195v1.pdf

---