Уникальная система Kepler-11 – шесть транзитных планет в плотной упаковке

Владислава Ананьева.

2 февраля рабочая группа Кеплера провела пресс-конференцию, на которой подвела итоги второго полугодия работы миссии. На этой пресс-конференции были представлено множество уникальных результатов, практически перевернувших наши представления о планетных системах у других звезд. В числе прочего там была представлена удивительная планетная система Kepler-11, включающая в себя 6 (шесть!) транзитных экзопланет небольшой массы, плотно упакованных практически внутри орбиты Меркурия (большая полуось орбиты самой внешней планеты составляет примерно 0.46 а.е.)

Kepler-11 – солнцеподобная звезда главной последовательности, удаленная от Солнца примерно на 640 пк. Ее масса оценивается в 0.95 ± 0.1 солнечных масс, радиус составляет 1.1 ± 0.1 солнечных радиусов, светимость на несколько процентов превышает солнечную. Возраст звезды оценивается в 8 ± 2 млрд. лет.

Кривая блеска этой звезды демонстрирует шесть серий транзитных сигналов (регулярных ослаблений блеска, вызванных прохождением планет по диску звезды) глубиной около 1 mmag (т.е. 1/1000 звездной величины). Авторы открытия провели тщательный анализ астрофизических явлений, способных имитировать транзитный сигнал от планет и приводить к ложным открытиям (прежде всего, к ним относятся затменно-двойные звезды заднего фона, находящиеся на малом угловом расстоянии от изучаемой звезды, а также пары звезда+планета, физически связанные с изучаемой звездой и входящие вместе с ней в состав иерархической звездной системы), и оценили вероятность ложного открытия каждой из планет в 0,89 10^-6. Общая вероятность ложного истолкования хотя бы одной из планет в этой системе составляет 1.8 10^-3, что делает открытие системы Kepler-11 вполне достоверным.

Орбиты всех шести планет лежат примерно в одной плоскости (наклонения орбит отличаются друг от друга всего на 1-2 градуса). Все орбиты близки к круговым. Компланарностью и низкими эксцентриситетами орбит своих планет система Kepler-11 напоминает Солнечную.

Самой внутренней планетой в системе Kepler-11 является Kepler-11 b. Ее масса оценивается в 0.0135 ± 0.007 масс Юпитера или примерно 4.3 масс Земли, радиус составляет 0.176 ± 0.017 радиусов Юпитера или 1.97 ± 0.19 радиусов Земли, что приводит к средней плотности 3.1 ^+2.1_/-1.5 г/куб.см. Планета вращается вокруг своей звезды на расстоянии 0.091 ± 0.003 а.е. и делает один оборот за 10.30375 ± 0.00016 земных суток.

Обращает на себя внимание сравнительно низкая (по сравнению с Землей) средняя плотность внутренней планеты, что говорит или о большой доле водяного льда в ее составе, или о мощной протяженной атмосфере.

Следующей по удаленности идет Kepler-11 c. Ее масса равна 0.0425 ^+0.0151/_-0.0198  масс Юпитера (13.5 ^+4.8/_-6 масс Земли), радиус оценивается в 0.282 ± 0.027 радиусов Юпитера (3.15 ± 0.3 радиуса Земли), что приводит к средней плотности 2.3 ^+1.3/_-1.1 г/куб.см. Планета вращается вокруг звезды на расстоянии 0.106 ± 0.004 а.е. и делает один оборот за 13.052 земных суток. Судя по массе и средней плотности Kepler-11 c является горячим аналогом Урана в Солнечной системе, т.е. состоит в основном из льдов с примесью каменных пород. На водородно-гелиевую атмосферу приходится 5-10% массы планеты.

Дальше расположена Kepler-11 d. Ее масса оценивается в 0.0192 ^+0.0098/_-0.0053 масс Юпитера (6.1 ^+3.1/_-1.7 масс Земли), радиус – в 0.307 ± 0.029 радиусов Юпитера (3.43 ± 0.32 радиусов Земли), что приводит к средней плотности всего 0.9 ^+0.5/_-0.3 г/куб.см. Низкая средняя плотность говорит о преимущественно ледяном составе этой планеты с протяженной водородно-гелиевой атмосферой. Она расположена на расстоянии 0.159 ± 0.005 а.е. от своей звезды и делает один оборот за 22.6872 ± 0.0002 земных суток.

Еще дальше идет Kepler-11 e. Ее масса равна 0.0264 ^+0.0079/_-0.0060 масс Юпитера (8.4 ^+2.5/_-1.9 масс Земли), радиус – 0.404 ± 0.039 радиусов Юпитера (4.52 ± 0.43 радиусов Земли), что приводит к еще меньшей средней плотности – всего 0.5 ± 0.2 г/куб.см! Нет никаких сомнений в том, что и Kepler-11 e имеет преимущественно ледяной состав и окружена мощной водородно-гелиевой атмосферой, причем масса атмосферы превышает 20% массы планеты. Планета вращается вокруг звезды на расстоянии 0.194 ± 0.007 а.е. и делает один оборот за 31.9959 ± 0.0003 земных суток.

Если состав и строение внутренних планет еще может быть объяснено в рамках существующих моделей, то планета Kepler-11 f ставит исследователей в тупик. Ее масса оценивается всего в 0.0072 ^+0.0069/_-0.0038 масс Юпитера (2.3 ^+2.2/_-1.2 масс Земли), при этом радиус достигает величины 0.2335 ± 0.0224 радиусов Юпитера (2.61 ± 0.25 радиусов Земли), что приводит к средней плотности 0.7 ^+0.7/_-0.4 г/куб.см. Уникально низкая плотность для столь маломассивной планеты! Согласно теоретическим моделям, не менее 10% массы этой планеты должно приходиться на водородно-гелиевую атмосферу. Остается неясным, как Kepler-11 f при своей малой массе смогла аккумулировать столько водорода. Она расположена на расстоянии 0.25 ± 0.009 а.е. от звезды и делает один оборот за 46.68876 ± 0.00074 земных суток.

И наконец, самой внешней из планет этой системы является Kepler-11 g. Ее масса пока не известна, получен только верхний предел – 0.95 масс Юпитера. Она вращается вокруг своей звезды на расстоянии 0.462 ± 0.016 а.е. и делает один оборот за 118.378 ± 0.001 земных суток. Радиус планеты равен 0.3274 ± 0.0313 радиусов Юпитера (3.66 ± 0.35 радиусов Земли), про среднюю плотность и химический состав пока ничего сказать нельзя.

Поражает компактность системы Kepler-11 – внутри области радиусом 0.46 а.е. умещаются орбиты 6 планет! Особенно сильно должны взаимодействовать друг с другом планеты b и c. Тем не менее, авторы проследили орбитальную эволюцию системы на протяжении 250 тысяч лет, и нашли ее устойчивой.

Мир планетных систем в очередной раз показал свое удивительное разнообразие.

Источник: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1102/1102.0291.pdf