< Научная программа «Фотон-М» № 4 подошла к концу

Необычная система Kepler-419

Две планеты-гиганта, вращающиеся вокруг F-звезды, находятся на компланарных орбитах, несмотря на высочайший эксцентриситет одной из них. Возможно, внутренняя планета пары Kepler-419 b находится на пути превращения в горячий юпитер.

---

Владислава Ананьева

По одной из действующих гипотез, образование горячих юпитеров происходит в два этапа. Сначала планета-гигант попадает на высокоэксцентричную орбиту с малым расстоянием в перицентре, а потом эта орбита скругляется под действием приливных сил. В свою очередь, на высокоэксцентричные орбиты планеты-гиганты попадают или в результате планет-планетного рассеяния, или в результате гравитационного взаимодействия с более массивным телом (коричневым карликом или звездой) по механизму Козаи. 

Эта гипотеза предсказывает резкий наклон орбит горячих юпитеров к звездному экватору. И действительно, примерно треть горячих юпитеров, для которых был измерено наклонение орбиты к оси вращения звезды, находятся на сильно наклоненных (вплоть до полярных и ретроградных) орбитах. Но возникает вопрос – все ли горячие юпитеры образовались по этому механизму, или же часть из них оказалась на своей текущей орбите в результате миграции в протопланетном диске?

Если гипотеза верна, то некоторые планеты-гиганты (предшественники горячих юпитеров) должны наблюдаться на высокоэллиптических орбитах с низким перицентром (~0.05 а.е. или еще меньше). И такие планеты-гиганты действительно существуют, например, HD 80606 b. Однако их количество в несколько раз меньше, чем должно быть, если считать, что все горячие юпитеры проходят через стадию высокоэллиптической орбиты. 

Команда астрономов под руководством Ребекки Доусон (Rebekah I. Dawson) решила разобраться в этом вопросе. Они вычислили, что если все будущие горячие юпитеры проходят через стадию высокоэллиптической орбиты, среди транзитных кандидатов Кеплера должно быть 5-6 подобных планет, и решили заняться их поиском. Но нашли только одну такую планету – Kepler-419 b. 

Звезда Kepler-419 (KOI-1474, KIC 12365184) заметно массивнее и горячее Солнца, ее спектральный класс средний F. Масса звезды оценивается в 1.39 ± 0.08 солнечных масс, радиус – в 1.75 ± 0.08 солнечных радиусов, светимость более чем в 4.5 раза превосходит светимость Солнца. Расстояние до звезды не сообщается, но исходя из ее светимости и видимой звездной величины (+13), его можно оценить в 943 пк.

Кривая блеска Kepler-419 демонстрирует четкий транзитный сигнал с периодом 69.7546 ± 0.0009 земных суток и глубиной, соответствующей планете-гиганту радиусом 10.8 ± 1.4 радиусов Земли (0.964 ± 0.125 радиусов Юпитера). Продолжительность транзита, слишком короткая для такого орбитального периода, говорит о том, что планета находится на высокоэксцентричной орбите. Кроме того, вариации времени наступления транзитов говорили о наличии в этой системе еще одной не транзитной планеты.

Измерение лучевых скоростей звезды Kepler-419 с помощью спектрографа HIRES полностью подтвердило оба вывода. 

Масса планеты Kepler-419 b оказалась равной 2.5 ± 0.3 масс Юпитера, эксцентриситет орбиты достигал величины 0.833 ± 0.013! Расстояние между планетой и звездой меняется от 0.062 а.е. в перицентре до 0.678 а.е. в апоцентре, т.е. в 11 раз! Вместе с тем авторы открытия усомнились, что эта планета может стать в будущем «полноценным» горячим юпитером: расстояние до звезды в перицентре все-таки слишком велико, и если эволюция орбиты будет идти с сохранением углового момента, в конце концов, Kepler-419 b окажется на орбите с периодом 14 ⁺⁹/_-10 земных суток.

Измерение лучевых скоростей звезды подтвердило и наличие второй не транзитной планеты, обнаруженной TTV-методом. Ею оказался массивный гигант Kepler-419 c массой 7.3 ± 0.4 масс Юпитера. Комбинируя данные о вариациях времени наступления транзитов за все 16 наблюдательных кварталов Кеплера и измерения лучевой скорости родительской звезды, ученые смогли определить истинную массу внешней планеты, ее орбитальный период, эксцентриситет орбиты и другие параметры. К удивлению исследователей, плоскости орбит обеих планет, несмотря на высокий эксцентриситет внутренней планеты, не так уж сильно наклонены друг к другу – всего на 9 ⁺⁸/_-6°. 

Внешний гигант имеет температурный режим, близкий к температурному режиму Венеры. Эксцентриситет его орбиты довольно умеренный – всего 0.184 ± 0.002, орбитальный период составляет 675.47 ± 0.11 земных суток. Наклонение орбиты Kepler-419 c к лучу зрения составляет 88 ⁺³/_-2°, т.е. еще немного, и она тоже была бы транзитной. Интересно, что аргументы перицентра обеих планет различаются почти точно на 180°, иначе говоря, перицентр внутренней планеты ориентирован в ту же сторону, что и апоцентр внешней.

Авторы исследования отмечают, что одно только взаимодействие с планетой Kepler-419 c не может объяснить высокий эксцентриситет орбиты Kepler-419 b. Возможно, в этой системе имеется еще одно или несколько массивных тел на внешних орбитах (например, коричневый карлик или маломассивная звезда). Исследователи предлагают продолжить наблюдения за звездой Kepler-419, тем более что глубина транзитов внутренней планеты позволяет наблюдать их с Земли, а вариации времени наступления транзитов достигают 1 часа. Также будет полезно продолжить измерение лучевых скоростей звезды Kepler-419 для лучшего понимания строения и эволюции этой интересной и необычной системы.

Источник: http://arxiv.org/pdf/1405.5229v3.pdf

---