< Восход Земли

О распространенности планет-гигантов больших и малых масс у звезд красных карликов

Как часто встречаются планеты-гиганты у звезд красных карликов? Интересно, что различные методы поиска экзопланет дают совершенно разные ответы на этот вопрос.

---

Владислава Ананьева

Если опираться на данные, полученные методом измерения лучевых скоростей родительских звезд, то окажется, что планеты-гиганты у маломассивных звезд встречаются достаточно редко. По данным RV-обзора на Южно-Европейской обсерватории с помощью спектрографа HARPS, величина d²N/(d log (m_p sin i) d log a) оценивается в 0.0080 ^+0.0077/_-0.0043 для планет с орбитальным периодом короче 2000 земных суток и массами (точнее, параметром m sin i) больше 100 масс Земли. Другой RV-обзор (California Planet Survey) приводит похожие цифры – 0.0085 ± 0.0041 для периодов короче 2000 суток и минимальных масс больше 150 масс Земли.

Однако по данным, полученным методом гравитационного микролинзирования, распространенность планет-гигантов у маломассивных звезд в несколько раз выше. Так, если учитывать планеты с массами от 10 до 3000 масс Земли и орбитальные периоды от 560 до 5600 земных суток, величина d²N/(d log (m_p sin i) d log a) составит 0.36 ± 0.15.

В чем же причина такого явного рассогласования?

1 мая 2014 года в Архиве электронных препринтов появилось сразу две статьи Кристиана Клэнтона (Christian Clanton) и Скотта Гауди (B. Scott Gaudi), посвященных изучению этого вопроса. Ученые проанализировали возможность регистрации текущими RV-обзорами тех планет-гигантов, что были обнаружены методом гравитационного микролинзирования. Они нашли, что типичная планета-гигант у звезды красного карлика с массой ~0.5 солнечных имеет массу ~0.26 масс Юпитера, орбитальный период около 7 лет, и наводит на свою звезду колебания лучевой скорости с амплитудой около 5 м/сек. Казалось бы, этого достаточно для регистрации (лучшие наземные спектрографы типа HARPS и HIRES обеспечивают точность измерения лучевой скорости у спокойных ярких звезд ~1 м/сек). Однако если учитывать и акустический шум звезд, вызванный их собственной активностью, а также тусклость большинства родительских звезд – красных карликов, то оказывается, что многие относительно маломассивные планеты-гиганты (субсатурны и тяжелые нептуны), обнаруженные методом микролинзирования, оказываются под порогом обнаружения методом измерения лучевых скоростей. При этом даже небольшое (в 2-3 раза) увеличение чувствительности текущих RV-обзоров позволит обнаружить большое количество планет-гигантов сравнительно небольших масс, до сих пор ускользавших от регистрации.

Проведя подробный математический анализ, Клэнтон и Гауди нашли, что распространенность тяжелых планет-гигантов с массами от 1 до 13 масс Юпитера и орбитальными периодами от 1 до 10⁴ земных суток у М-звезд составляет 0.029 ^+0.013/_-0.015, что примерно в 4.3 раза меньше, чем аналогичная величина у FGK-звезд (0.11 ± 0.02). Если учитывать также субсатурны и тяжелые нептуны, т.е. планеты с массой выше 30 масс Земли, то распространенность сразу возрастает до 0.15 ^+0.06/_-0.07, что всего в ~2.2 раза меньше, чем аналогичная величина у FGK-звезд (0.31 ± 0.07). Наконец, распространенность планет с массами от 1 до 10⁴ масс Земли и орбитальными периодами от 1 до 10⁴ земных суток составляет 1.9 ± 0.5 (т.е. каждая М-звезда в среднем имеет примерно две такие планеты).

От себя добавлю, что данные, полученные космическим телескопом им. Кеплера, позволили обнаружить планетные системы у звезд красных карликов, включающие в себя по несколько небольших планет с размерами меньше или порядка земного (например, Kepler-42 или Kepler-186). Это говорит о том, что реальная распространенность планет у М-звезд еще в несколько раз выше, чем нашли Клэнтон и Гауди (за счет небольших планет с массой меньше массы Земли).

Источники: http://arxiv.org/pdf/1404.7495.pdf
http://arxiv.org/pdf/1404.7500.pdf

---