< Зонд для поиска жизни на Европе впервые «открыл глаза» за два года до старта

TOI-2180 b: эксцентричный транзитный гигант на 261-дневной орбите

Представлена планета массой 2.8 масс Юпитера и радиусом 1.01 радиусов Юпитера на эксцентричной орбите с периодом 261 суток.

---

Владислава Ананьева

Свыше 75% известных экзопланет открыто транзитным методом. Однако вероятность транзитной конфигурации обратно пропорциональна расстоянию между планетой и звездой, поэтому подавляющее большинство транзитных планет находятся на тесных орбитах и сильно нагреты. Планеты, вращающиеся на расстоянии в несколько астрономических единиц, обнаруживают преимущественно методом лучевых скоростей, чувствительность которого мало зависит от наклонения орбиты планеты. Однако методом лучевых скоростей невозможно определить истинную массу планеты, а только т.н. проективную массу, т.е. произведение m sin i. Как правило, наклонение i остается неизвестным, и проективная масса оказывается также и минимальной массой – нижним пределом на истинную массу планеты. При неудачной ориентации орбиты (при малых значениях угла i) истинная масса может в несколько раз превосходить проективную.

Однако с увеличением расстояния между планетой и звездой вероятность транзитной конфигурации хоть и уменьшается, но до нуля не падает, и иногда ученым везет: транзитной оказывается планета на достаточно широкой орбите. Применив к такой планете и метод лучевых скоростей, исследователи могут измерить ее массу, среднюю плотность и эксцентриситет орбиты, а получив ее трансмиссионные спектры – и изучить свойства атмосферы.

13 января 2022 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная открытию планеты TOI-2180 b. Звезда TOI-2180 находится недалеко от северного полюса эклиптики, поэтому TESS наблюдал ее долго – сначала на 14-26 секторах основной миссии, затем на 40-41 секторах расширенной миссии. Кривая блеска звезды продемонстрировала единственное транзитное событие на 19 секторе продолжительностью около суток. Судя по его продолжительности и глубине, транзит был вызван планетой-гигантом на широкой орбите.

После обнаружения долгопериодического кандидата звезда прошла стандартную процедуру валидации. Чтобы измерить массу кандидата, в течение полутора лет авторы сделали 99 замеров лучевой скорости звезды с помощью спектрографов Levy и HIRES. Лучевая скорость продемонстрировала колебание с периодом 261 суток, явно вызванное планетой на эксцентричной орбите. Интересно, что транзит произошел спустя 70 ± 1 суток после прохождения перицентра, т.е. отнюдь не в ближайшей к звезде точке орбиты.

Звезда TOI-2180 удалена от нас на 116.32 ± 0.23 пк. Ее масса оценивается в 1.11 ± 0.05 солнечных масс, радиус – в 1.64 ± 0.03 солнечных радиусов, светимость примерно в 2.54 раза превышает солнечную. Звезда уже явно сошла с главной последовательности и начала эволюционировать в сторону превращения в красный гигант, ее возраст составляет 8.1 ± 1.5 млрд. лет. TOI-2180 обогащена тяжелыми элементами – их в 1.8 раз больше, чем в составе Солнца.

При радиусе 1.01 ± 0.02 радиуса Юпитера масса планеты TOI-2180 b достигает 2.76 ± 0.08 масс Юпитера, что приводит к средней плотности 3.32 ± 0.16 г/куб.см. Гигант вращается вокруг своей звезды по эллиптической орбите с большой полуосью 0.828 ± 0.012 а.е. и эксцентриситетом 0.368 ± 0.007, и делает один оборот за 260.8 ± 0.6 суток. Расстояние между планетой и звездой меняется от ~0.523 а.е. в перицентре до ~1.133 а.е. в апоцентре, а температурный режим является промежуточным между температурными режимами Меркурия и Венеры (эффективная температура 348 ± 4 К).

Следующий транзит TOI-2180 b ожидается в конце января – начале февраля 2022 года, и авторы очень надеются, что его пронаблюдает TESS на 48 секторе. Наземные наблюдения оказались неудачными из-за очень большой продолжительности транзита (сутки) и его малой глубины (0.5%).

Лучевая скорость звезды демонстрирует дополнительный дрейф (и линейный, и квадратичный), говорящий о наличии в этой системе еще одного небесного тела на широкой орбите.

Несмотря на яркость родительской звезды, TOI-2180 b представляет собой не слишком удобную цель для трансмиссионной спектроскопии из-за высокой силы притяжения, приводящей к малой шкале высот (~23 км), и больших размеров родительской звезды. Однако имеет смысл и дальше мониторить лучевую скорость TOI-2180 для выяснения природы третьего тела, которое может оказаться планетой-гигантом или коричневым карликом. 

Источник: https://arxiv.org/pdf/2201.04146.pdf

---