< Последствия первого "космического ДТП" будут сказываться еще 30 лет

Планетный урожай Кеплера (часть I)

Подтверждена планетная природа 42 транзитных кандидатов Кеплера у 22 звезд, кроме того, обнаружено 7 нетранзитных планет.

---

Владислава Ананьева

В конце прошлого года команда Кеплера вместе с Калифорнийской группой подвели итог масштабного научного исследования, результатом которого стало подтверждение планетной природы 49 планет в 22 планетных системах (из которых 42 планеты – транзитные, а 7 – не транзитные). Каждая из выбранных звезд подверглась тщательной многоступенчатой проверке для исключения астрофизических явлений, которые могут имитировать транзитные сигналы и приводить к ложным открытиям. Так, для каждой из звезд были получены спектры высокого разрешения для исключения наличия звездных компаньонов и уточнения параметров самих звезд, и проведена съемка окрестностей на 2.6-3-метровых наземных телескопах, оснащенных системами адаптивной оптики, для исключения затменно-переменных двойных фона, расположенных на малом угловом расстоянии от целевых звезд. Далее для каждой из звезд было сделано несколько замеров лучевой скорости с помощью спектрографа HIRES на обсерватории им. Кека. Для измерения лучевой скорости отбирались только звезды ярче 14.5 видимой звездной величины, чтобы погрешность каждого замера не превышала 2-3 м/сек.

В результате у ряда планетных кандидатов методом измерения лучевых скоростей была измерена масса, а для остальных – получены хорошие верхние пределы, дающие ограничения на их химический состав. В ближайшие дни я буду подробно рассказывать о каждой из этих систем.

Сегодня речь пойдет о четырех планетах размерного класса суперземель, получивших наименования Kepler-93 b, Kepler-97 b, Kepler-98 b и Kepler-99 b. Все они расположены на тесных круговых орбитах с периодами от 1.54 до 4.73 земных суток, все нагреты до высоких температур. Масса каждой из них была измерена спектрографом HIRES (хотя погрешности измерений частенько оказываются сравнимы с измеряемой величиной).

Kepler-93 (KOI-69)
Kepler-93 b – суперземля радиусом 1.50 ± 0.03 радиусов Земли, вращающаяся на расстоянии 0.054 а.е. от солнцеподобной звезды спектрального класса G5 V и делающая один оборот за 4.72674 земных суток. Формально масса, измеренная спектрографом HIRES, составляет 2.59 ± 2.0 земных масс, что с достоверностью 2 сигма совместимо с нулем. Поэтому авторы статьи осторожно дают только верхний предел на массу этой планеты – 4.4 земных масс, что приводит к верхнему пределу на среднюю плотность 7.2 г/куб.см. Как мы видим, планета Kepler-93 b может оказаться как железокаменной, как и обогащенной летучими элементами, вплоть до мини-нептуна. 
Дополнительный линейный дрейф лучевой скорости Звезды говорит о том, что в этой системе есть еще как минимум одна планета с массой больше 3 масс Юпитера и периодом больше 4 лет.

Kepler-97 (KOI-292)
Kepler-97 b – еще одна суперземля с радиусом 1.48 ± 0.13 радиусов Земли, вращающаяся вокруг солнцеподобной звезды немного легче и холоднее Солнца. Ее орбитальный период – 2.58664 земных суток, большая полуось орбиты 0.036 а.е. Масса этой планеты, измеренная спектрографом HIRES, оценивается в 3.51 ± 1.9 земных масс, что приводит к средней плотности 5.44 ± 3.48 г/куб.см. Авторы статьи и тут с сожалением замечают, что масса планеты отличается от нуля с достоверностью всего в 2 сигма, и приводят верхний предел на массу планеты – 9.1 масс Земли. Поскольку средняя плотность планеты в этом случае оказывается нереалистично большой (14 г/куб.см), скорее всего, ее реальная масса будет близкой к оценке, полученной с помощью HIRES.
На расстоянии 0.37 ± 0.01 угловых секунд от звезды Kepler-97 расположен звездный компаньон на 2.7 звездных величин слабее ее. Дополнительная проверка этой звезды показала, что она не является затменно-переменной двойной и не имитирует транзитный сигнал на кривой блеска звезды Kepler-97. Однако этот компаньон может отвечать за дополнительный дрейф лучевой скорости звезды Kepler-97. Формально (согласно измерениям лучевой скорости) в системе есть еще небесное тело с периодом больше 789 земных суток и массой больше 1.08 масс Юпитера, однако является ли оно звездой-спутником или другой планетой, пока не известно. 

Kepler-98 (KOI-299)
Kepler-98 b заметно больше по своим размерам, чем две рассмотренные выше планеты – ее радиус оценивается в 1.99 ± 0.22 радиусов Земли. Скорее всего, она является мини-нептуном, о чем говорит ее масса (3.55 ± 1.6 масс Земли) и средняя плотность (2.2 ± 1.2 г/куб.см). Планета вращается вокруг солнцеподобной звезды на расстоянии 0.026 а.е. и делает один оборот за 1.54168 земных суток. Верхний предел на массу этой планеты – 6.4 масс Земли, что приводит к верхнему пределу на среднюю плотность в 3.9 г/куб.см. Это значит, что планета в любом случае не может быть чисто железокаменной и неизбежно включает в себя заметное количество летучих – водяного пара и/или водорода и гелия.

Kepler-99 (KOI-305)
Наконец, Kepler-99 b – еще одна планета с радиусом ~1.5 радиусов Земли (более строго он оценивается в 1.48 ± 0.08 земных радиусов). Ее масса равна 6.15 ± 1.3 радиусов Земли, что приводит к средней плотности 10.9 ± 2.8 г/куб.см. В отличие от предыдущих планет, состав которых неясен, Kepler-99 b – явная железокаменная планета, этакий супермеркурий. Она вращается вокруг своей звезды – оранжевого карлика спектрального класса K – на расстоянии 0.05 а.е. и делает один оборот за 4.60358 земных суток.

Изучение планет Кеплера показывает, что планеты размером 1.5-2 радиусов Земли могут иметь самый разный состав и среднюю плотность – от мини-нетунов с заметным содержанием льдов и водородно-гелиевой оболочкой до железокаменных планет земного типа. Однако планеты с радиусом в 2 радиуса Земли и выше все имеют низкую среднюю плотность, что говорит о существенной доле летучих в их составе.

---