< Частный российский спутник включился на орбите

Kepler-420 b: теплый гигант на эксцентричной 86.6-суточной орбите

Планета обнаружена в двойной звездной системе, причем орбита планеты резко наклонена к плоскости орбиты родительских звезд.

---

Владислава Ананьева

Наземные транзитные обзоры, такие, как SuperWASP и HATNet, обнаружили уже более 150 транзитных горячих юпитеров. Однако из-за особенностей наблюдательной стратегии все эти планеты ограничены орбитальными периодами короче ~10 земных суток. Транзитных планет-гигантов на более широких орбитах известно очень мало. Если рассматривать транзитные гиганты с периодами больше 1 месяца, то для их перечисления хватит пальцев одной руки. Это HD 80606 b (111-дневный период), CoRoT-9 b (95-дневный период), Kepler-30 c (60-дневный период) и Kepler-87 b (115-дневный период).
Изучение долгопериодических планет-гигантов важно для понимания происхождения и эволюции планетных систем (например, для изучения процессов миграции).

Чтобы увеличить количество известных транзитных гигантов на относительно широких орбитах, в 2012 году на обсерватории Верхнего Прованса началась программа по подтверждению транзитных кандидатов Кеплера и измерению их массы методом измерения лучевых скоростей родительских звезд. Для наблюдений были отобраны все звезды каталога KOI ярче +14.7 звездной величины с глубиной транзита от 0.4 до 3% и периодами от 25 до 400 суток. Измерение лучевых скоростей проводилось с помощью спектрографа SOPHIE, установленном на 1.93-метровом телескопе обсерватории Верхнего Прованса (Observatoire de Haute-Provence).

25 июня 2014 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная измерению массы и изучению других свойств планеты-гиганта Kepler-420 b (KOI-1257.01).

Транзитный кандидат KOI-1257.01 был представлен группой Кеплера в 2013 году. Звезда KOI-1257 демонстрировала четкий транзитный сигнал с периодом 86.6 земных суток, глубиной 0.7% и продолжительностью 4.25 часов. Продолжительность транзита была слишком мала для планеты на круговой орбите с таким периодом, что говорило о возможном высоком эксцентриситете орбиты KOI-1257.01. Измерение лучевых скоростей родительской звезды полностью подтвердило этот вывод.

Как оказалось, эксцентриситет орбиты гиганта Kepler-420 b достигает 0.772 ± 0.045! Его масса оценивается в 1.45 ± 0.35 масс Юпитера, радиус – в 0.94 ± 0.12 радиусов Юпитера, что приводит к средней плотности 2.1 ± 1.2 г/куб.см. Планета делает один оборот вокруг своей звезды за 86.64766 ± 0.00003 земных суток, ее средняя эффективная температура оценивается в 511 ± 50К (в предположении нулевого альбедо и эффективного теплопереноса на ночную сторону планеты). Из-за высокого эксцентриситета расстояние между планетой и звездой меняется от 0.087 а.е. в перицентре до 0.677 а.е. в апоцентре, т.е. в 7.8 раз! 

Кроме колебаний, вызванных транзитной планетой, европейские астрономы обнаружили дополнительный дрейф лучевой скорости звезды, вызванный еще одним массивным телом на внешней орбите. Это тело могло быть тяжелой планетой-гигантом, коричневым карликом или звездой. Всего авторы статьи рассмотрели четыре сценария, которые могли бы описывать данную систему:

– нулевой: внешний компаньон является массивной планетой или коричневым карликом;

– первый: система KOI-1257 состоит из двух звезд, причем транзитная планета вращается вокруг главного компонента пары;

– второй: система KOI-1257 состоит из двух звезд, причем транзитная планета вращается вокруг второго (более тусклого) компонента пары;

– третий: транзитный кандидат KOI-1257.01 является маломассивной звездой, затмевающей второй компонент звездной пары (таким образом, вся система оказывается тройной звездой).

Тщательный анализ всех сценариев (с учетом как фотометрии Кеплера, так и измерения лучевых скоростей звезды Kepler-420 и изучения ее спектров высокого разрешения) привел авторов открытия к выводу, что с достоверностью ~98.7% справедливым является первый сценарий. Также есть некоторая вероятность (~0.93%), что справедлив нулевой сценарий. Остальные сценарии можно исключить (их достоверность менее 0.01%).

Итак, планета Kepler-420 b находится в двойной звездной системе и вращается вокруг главного компонента пары. Ее родительская звезда напоминает Солнце: ее масса оценивается в 0.99 ± 0.05 солнечных масс, радиус – в 1.13 ± 0.14 солнечных радиусов, спектральный класс G5 V соответствует звезде главной последовательности с высоким содержанием тяжелых элементов и возрастом 9.3 ± 3 млрд. лет.

Вторым компонентом пары, скорее всего, является оранжевый карлик спектрального класса K6 V/K7 V массой 0.70 ± 0.07 солнечных масс и радиусом 0.68 ± 0.07 солнечных радиусов, чья светимость составляет всего около 9% светимости главного компонента. Звезды вращаются вокруг общего центра масс по эллиптической орбите с большой полуосью 5.3 ± 1.3 а.е. и эксцентриситетом 0.31 ^+0.37/_-0.21, и делают один оборот за 3430 ± 1200 земных суток. Интересно, что наклонение орбиты звезд составляет всего 18.2 ^+10.0/_-5.4 °, т.е. орбита двух звезд расположена к нам практически плашмя.

В отличие от многих других планет в двойных системах, где орбиты планет лежат почти в той же плоскости, что и орбита родительских звезд, в системе Kepler-420 орбита планеты резко наклонена к орбите обоих компонентов звездной пары. Возможно, ее высокий эксцентриситет как раз и вызван гравитационным влиянием второго компонента (за счет механизма Козаи). 

Авторы открытия подчеркивают, что наличие K-звезды в этой системе весьма вероятно, но еще не достоверно. Они надеются подтвердить ее наличие или с помощью астрометрических наблюдений Гайи, или с помощью тщательного спектрального анализа в ближней ИК-области, где находятся спектральные линии, свойственные только звездам спектрального класса K. Однако свойства транзитного гиганта Kepler-420 b мало зависят от того, является ли внешний компонент в этой системе K-звездой или массивной планетой, так что его параметры определены достаточно надежно (в пределах указанных погрешностей).

Источник: http://arxiv.org/pdf/1406.6172.pdf

---