Заново измерены массы планет K2-19 b и K2-19 c

Новые значения масс существенно отличаются от прошлых оценок.

Владислава Ананьева

Как измерить массу внесолнечных планет? Обычно применяются два способа. Первый называется методом измерения лучевых скоростей родительской звезды, он состоит в измерении колебаний звезды под действием гравитационного поля планеты. Второй – метод тайминга транзитов, и он работает, если вокруг звезды вращается две (или больше) транзитных планеты, находящихся друг с другом в орбитальном резонансе низкого порядка. Взаимное гравитационное притяжение между планетами вносит возмущения в их движение, приводя к регулярным отклонениям времени наступления транзитов от строгой периодичности. Метод измерения лучевых скоростей считается более надежным, но он хорошо работает лишь для сравнительно ярких звезд, лучевые скорости которых можно измерить с приемлемой точностью.

Есть ряд планет, массы которых были измерены обоими методами. И оказалось, что метод тайминга транзитов систематически занижает массы планет – во всяком случае, полученные массы оказываются заметно ниже, чем массы, измеренные RV-методом. Причины такого рассогласования пока неизвестны.

Системой, удобной для сравнительного анализа обоих методов измерения масс экзопланет, является трехпланетная система K2-19 (EPIC 201505350). Она включает в себя горячую планету земного типа K2-19 d радиусом ~1.14 радиусов Земли на 2.5-суточной орбите, и две планеты покрупнее: субсатурн K2-19 b с радиусом 0.655 ± 0.024 радиусов Юпитера и орбитальным периодом 7.92 земных суток, и нептун K2-19 c с радиусом 0.39 ± 0.02 радиусов Юпитера и орбитальным периодом 11.9 земных суток. Две внешние планеты близки к орбитальному резонансу 3:2.

С одной стороны, яркость родительской звезды еще достаточно велика (ее видимая звездная величина +12.8) для того, чтобы измерить массу хотя бы самой крупной планеты b методом лучевых скоростей. С другой стороны, близость к резонансу 3:2 позволяет измерить массы двух внешних планет методом тайминга транзитов.

За последние полтора года различными научными группами было сделано несколько попыток такого рода. В 2015 году научный коллектив под руководством S.C.C.Barros оценил массы планет b и c методом тайминга транзитов. Они оказались равными 44 ± 12 масс Земли для планеты b и 15.9 ^+7.7/_-2.8 масс Земли для планеты c. Одновременно группа японских астрономов нашла, что масса планеты c близка к 20 массам Земли (что, в принципе, согласуется с предыдущей оценкой).

6 апреля 2016 года в Архиве электронных препринтов появилась статья группы европейских астрономов, посвященная измерению масс планет в системе K2-19 методом лучевых скоростей. Было получено 10 замеров лучевой скорости звезды K2-19 с помощью спектрографа FIES, установленного на 2.56-метровом Северном оптическом телескопе (NOT), и 7 замеров с помощью спектрографа HARPS-N, установленном на 3.58-метровом Национальном телескопе Галилео (TNG), оба расположены в в Ла Пальма, Испания. Точность единичного замера составила 10-15 м/с на FIES и 5-9 м/с на HARPS-N. Кроме того, авторы статьи промоделировали движение планет в этой системе, чтобы оценить массы внешних планет, комбинируя RV-метод и TTV-метод. Результаты получились довольно любопытные.

Если использовать исключительно замеры лучевых скоростей родительской звезды, то удается определить массу только самой крупной и тяжелой планеты b – она оказалась равной 71.7 ± 6.3 масс Земли. Комплексное моделирование с учетом RV-замеров и вариаций времени наступления транзитов дает несколько другие цифры – 57.7 ^+6.2/_-11.2 масс Земли для планеты b и 9.4 ^+3.6/_-2.4 масс Земли для планеты c.

Масса планеты b, измеренная методом лучевых скоростей (~72 масс Земли) действительно оказалась значительно выше массы той же планеты, измеренной TTV-методом (~44 массы Земли)! Комбинированный метод дает промежуточное значение массы (~58 масс Земли). При этом новая оценка масса планеты c оказалась в два раза ниже предыдущих оценок.

Возможно, ситуацию сможет прояснить дальнейший мониторинг лучевой скорости звезды K2-19, в том числе с более мощными и точными спектрографами (ESPRESSO и др.).

Источник: http://arxiv.org/pdf/1604.01265.pdf