Измерена масса первой экзопланеты 51 Пегаса b

Регистрация линий водяного пара в спектре дневного полушария не транзитного горячего юпитера 51 Пегаса b позволила определить его точную массу и наклонение орбиты к лучу зрения.

Владислава Ананьева

51 Пегаса b стала первой экзопланетой, открытой у нормальной (не нейтронной) звезды. Открытие было сделано в 1995 году методом измерения лучевых скоростей. К изумлению исследователей, планета с минимальной массой, сравнимой с массами Юпитера и Сатурна, вращалась вокруг своей звезды на расстоянии всего ~0.052 а.е. и делала один оборот за 4.23 земных суток, став первым известным горячим юпитером.

51 Пегаса b не проходит по диску своей звезды, так что его истинная масса долго оставалась неизвестной. Метод лучевых скоростей позволяет определить из наблюдений произведение m sin i, где m – масса планеты, а i – наклонение ее орбиты к лучу зрения, но не обе эти величины по отдельности. Так что оставалась возможность, что 51 Пегаса b – не планета, а коричневый карлик или даже маломассивная звезда, чья орбита расположена к нам «плашмя», под малым углом.

26 января 2017 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная регистрации линий водяного пара в спектре дневного полушария 51 Пегаса b. Доплеровское смещение линий позволило определить лучевую скорость планеты, а сравнив эту скорость с лучевой скоростью звезды – и истинную массу. Это исследование является наглядной демонстрацией мощности предложенного метода, позволяющего измерять наклонение орбиты и истинную массу не транзитных планет.

Звезда 51 Пегаса (HD 217014) видна невооруженным глазом – ее видимая звездная величина достигает +5.46. Звезда наблюдалась 21 октября 2010 года в течение 3.7 часов на Очень большом телескопе (VLT) с помощью инфракрасного детектора CRIRES. Снимался участок спектра между 3.1806 и 3.2659 мкм с разрешением (λ/Δλ) ~ 100 000. Высочайшее качество спектров позволило разрешить полосу водяного пара вблизи 3.2 мкм на отдельные линии и измерить их дрейф, вызванный орбитальным движением планеты. Перед этим исследователям пришлось решить сложную задачу по учету и исключению мощных полос водяного пара, образующихся в земной атмосфере. 

В результате в спектре 51 Пегаса (точнее, в общем спектре звезда + планета) с достоверностью 5.6 сигма были обнаружены линии водяного пара, образующиеся в атмосфере горячего гиганта. Сдвиг линий соответствовал орбитальной скорости планеты, равной 133 ± 4 км/с. Сравнение лучевой скорости планеты и звезды позволило определить массу планеты – она оказалась равной 0.476 ± 0.032 масс Юпитера. Соответственно, наклонение орбиты 51 Пегаса b находится в диапазоне от 70 до 82.2°, наиболее вероятное значение – 78°. Будь наклонение на ~5° градусов больше, и планета стала бы транзитной.

Объемное содержание водяного пара в атмосфере 51 Пегаса b оценивается в 10^-4.

Авторы отмечают, что будущие спектрографы, такие, как ESPRESSO на VLT или G-CLEF на GMT, позволят регистрировать отраженный свет от планет и меньшего размера, в том числе и нетранзитных, и измерять тем самым их массу и изучать свойства атмосферы.

Источник: https://arxiv.org/pdf/1701.07257v1.pdf