Пятница, 19.04.2024
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Лучше гор могут быть только марсианские горы
13.11.2013 00:17 Давность: 10 yrs
Категория: Экзопланеты
Количество просмотров: 6560

Алгоритм TERRA определил распространенность планет различных типов



Изучение распределения внесолнечных планет по размерам, массам, периодам, эксцентриситетам орбит и прочим свойствам является важнейшей задачей сравнительной планетологии. Как часто встречаются планетные системы? Каких планет больше – мелких или крупных, и на сколько? Много ли звезд имеют планеты земного типа в обитаемой зоне? Далеко ли от Земли находится ближайшая потенциально обитаемая экзопланета?

Владислава Ананьева

За 4 года работы космического телескопа им. Кеплера был накоплен огромный массив фотометрических данных. Выложив эти данные в открытый доступ, команда Кеплера пригласила к их анализу научные коллективы со всего мира. Различные группы как профессиональных астрономов, так и астрономов-любителей (к числу последних относятся, например, Охотники за планетами) занимаются ручным или автоматизированным поиском транзитных сигналов в кривых блеска более 150 тысяч звезд, которых наблюдал «Кеплер».

22 октября в журнале PNAS была опубликована статья Эрика Петигуры, Эндрю Говарда и Джеффри Марси, посвященная анализу данных «Кеплера» с помощью алгоритма TERRA. Исследователи сосредоточили свои усилия на звездах главной последовательности спектральных классов G и K (с температурой фотосферы от 4100 до 6100К) от 10 до 15 видимой звездной величины. Таких звезд оказалось 42 557 (так называемые «лучшие 42 тысячи»). У этих звезд велся поиск транзитных сигналов характерной прямоугольной формы с отношением сигнал/шум больше 12 и с периодами от 0.5 до 400 земных суток. В результате было найдено хороших 836 транзитных кандидатов (не путать с KOI). Из них дополнительно выкинули кандидаты с радиусами больше 20 земных, демонстрирующие вторичный минимум на кривой блеска или астрометрический сдвиг родительской звезды во время транзита. В сухом остатке осталось 603 кандидата, из них 62 – с периодами больше 100 земных суток.

Далее на обсерватории им. Кека с помощью спектрографа HIRES были получены спектры 274 родительских звезд из этого списка (в том числе всех звезд, рядом с которыми были обнаружены долгопериодичные кандидаты). Это позволило уточнить свойства родительских звезд и уменьшить погрешность в определении звездных радиусов с 35% до 10% (а значит, соответственно уменьшить погрешность в определении радиусов транзитных кандидатов).

Следующий шаг оказался посвящен оценке «детектируемости» найденных кандидатов. Понятно, что большинство планет на поле Кеплера не наблюдается как из-за низкой геометрической вероятности транзитной конфигурации, приблизительно равной Rstar/a (где Rstar – радиус звезды, a – большая полуось орбиты планеты), так и из-за низкого отношения сигнал/шум для планет у тусклых звезд. Если количество пропущенных планет вследствие малой вероятности транзитной конфигурации вычислить сравнительно легко, то для учета второго фактора Петигрю с коллегами добавляли в данные 40 тысяч синтезированных «транзитных событий» со случайными свойствами и смотрели, как алгоритм с ними справляется. В результате была построена «функция полноты» C(P, Rp), отражающая долю реальных планет с периодами P и радиусами Rp, которую может обнаружить алгоритм TERRA. Значение «функции полноты» закономерно уменьшается с увеличением орбитального периода и уменьшения радиуса транзитного кандидата.

Транзитные кандидаты, обнаруженные алгоритмом TERRA, и «функция полноты», отражающая долю не замеченных алгоритмом планет. При значении функции полноты, равном 100% (отмечен белым цветом), алгоритм гарантированно обнаруживает транзитные кандидаты в представленных данных. При значении функции полноты, равном 50%, половина транзитных кандидатов остается незамеченными. Значения функции полноты обозначены различными оттенками голубого цвета.

Наконец, авторы статьи вычислили функцию распространенности f (P, Rp) планет различных радиусов и орбитальных периодов в расчете на одну GK-звезду. Получившаяся функция приведена на рисунке ниже.

Частота встречаемости (или, другими словами, распространенность) планет различных радиусов и орбитальных периодов в расчете на одну звезду. Для планет радиусами меньше 1 радиуса Земли частота встречаемости не вычислялась из-за малых значений функции полноты в этой области (т.е. здесь большинство планет уже остается не замеченными).

Чтобы перейти к зависимости количества планет от их размеров или, наоборот, от их орбитальных периодов, надо просуммировать соответствующие значения функции распространенности в вертикальных или горизонтальных клетках. Результат представлен на рисунках ниже.

Итак, по данным «Кеплера», обработанным алгоритмом TERRA, по мере уменьшения радиусов планет от 16 до 2-3 радиусов Земли количество планет быстро увеличивается, при 2-3 радиусах Земли достигает максимума, а потом снова уменьшается. В результате 26 ± 3% солнцеподобных звезд имеют планеты радиусами 1-2 радиусов Земли на орбитах с периодами 5-100 земных суток (стоит обратить внимание, что Солнечная система в эти 26% не входит, поскольку радиус Меркурия меньше радиуса Земли, а орбитальный период Венеры больше 100 земных суток). При этом только 1.6 ± 0.4% GK-звезд имеют планеты-гиганты (8-16 радиусов Земли) на орбитах с периодами 5-100 земных суток.
Если суммировать функцию встречаемости не по периодам планет, а по их размерам (1-16 радиусов Земли), то получится зависимость количества планет от их орбитального периода (точнее, от его логарифма). На графике видно, что по мере роста орбитального периода количество планет сначала возрастает, а потом выходит на плато.

Ну, а что можно сказать о распространенности планет земного размера с периодами 300-400 суток? Пока – ничего конкретного. Даже если подобные планеты весьма распространены, алгоритмом TERRA они почти не обнаруживаются как из-за малой геометрической вероятности транзитной конфигурации (~0.5%), так и из-за малого значения функции полноты C (~10%) в этой области параметров. Хотя в данных есть 3 кандидата примерно земных размеров с периодами в интервале 200-400 суток (у звезд KIC-4478142, KIC-8644545 и KIC-10593626), ни один не набрал нужное отношение сигнал/шум. Вопрос с землеподобными планетами в обитаемой зоне солнцеподобных звезд пока открыт.
Однако экстраполируя плоское распределение количества планет в зависимости от величины log P, авторы статьи нашли, что землеразмерные планеты в интервале периодов 200-400 земных суток имеют 5.7 +1.7/-2.2% GK-звезд.

Если перейти от абстрактных орбитальных периодов к планетам в обитаемой зоне своих звезд, то тут ситуация становится еще более неопределенной. Разные авторы очень по-разному определяют обитаемую зону (есть, например, оценки ее вплоть до 0.38-10 а.е.), кроме того, потенциальная обитаемость в сильнейшей степени зависит и от свойств планеты (например, от ее влажности или величины парникового эффекта на поверхности). Осторожно определив обитаемую зону как область, где освещенность, создаваемая звездой, не более чем в 4 раза отличается от земной (т.е. 0.5 < a/Rэф < 2, где Rэф – эффективная земная орбита), Петигрю с коллегами нашли, что 22 ± 8% солнцеподобных звезд имеют в этой зоне планеты радиусами 1-2 земных (именно эта цифра была широко растиражирована в СМИ).

Источник: http://www.pnas.org/content/early/2013/10/31/1319909110.full.pdf+html

<- назад в: Новости

Комментарии

Комментарии

Вход в систему

Введите имя пользователя и пароль для входа в систему:
Вход в систему

Забыли пароль?

Автоматические космические аппараты

Автоматическими космическими аппаратами называются запускаемые в космическое пространство беспилотные устройства, способные выполнять операции как подчиняясь радиокомандам, передаваемым с Земли, так и по программам, заложенным в их бортовых процессорах... [далее]

Сообщество | Форум

Rambler's Top100