< Ученые США рассматривают возможность отправки зонда для изучения Плутона и пояса Койпера

K2-66 b и K2-106 b: две массивные горячие суперземли

Методом лучевых скоростей измерена масса двух транзитных горячих суб-нептунов K2-66 b и K2-106 b. Обе планеты имеют высокую среднюю плотность, соответствующую преимущественно железокаменному составу.

---

Владислава Ананьева

Примерно у трети солнцеподобных звезд есть планеты с радиусами, промежуточными между радиусами Земли и Нептуна и орбитальными периодами короче 100 земных суток. Среди планет этого размерного класса есть массивные суперземли и воздушные мини-нептуны, а также планеты промежуточной средней плотности. Как правило, планеты с радиусами менее 1.6 радиусов Земли оказываются железокаменными, а планеты с радиусами более 1.6 радиусов Земли содержат значительную долю летучих в своем составе и окружены протяженными атмосферами. Однако на самых тесных и близких к звезде орбитах железокаменными часто оказываются и более крупные планеты с радиусами больше 2 радиусов Земли.

Изучив всю совокупность транзитных кандидатов «Кеплера», Лундквист (Lundkvist) с коллегами объявили в 2016 году о полном отсутствии планет с радиусами в интервале 2.2-3.8 радиусов Земли, освещенность на орбите которых более чем в 650 раз превышала бы освещенность на орбите Земли. Этот дефицит самых горячих мини-нептунов они объяснили быстрым испарением водородно-гелиевых атмосфер таких планет под действием мощного звездного излучения, в результате чего остается небольшой плотный «огарок». 

11 мая 2017 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная измерению масс двух транзитных кандидатов, обнаруженных космическим телескопом им. Кеплера в рамках расширенной миссии K2. Массы планет были измерены методом лучевых скоростей с помощью спектрографа HIRES, установленного на 10-метровом телескопе Кек I. Одна из открытых планет попадает в «пустыню горячих суб-нептунов», в очередной раз подтверждая, что в сравнительной планетологии из каждого правила найдется исключение.

Транзитный горячий суб-нептун K2-66 b был представлен в 2016 году. Он вращается вокруг звезды спектрального класса G1, недавно сошедшей с главной последовательности и начавшей эволюционировать в сторону превращения в красный гигант. Масса звезды оценивается в 1.11 ± 0.04 солнечных масс, радиус достигает 1.67 ± 0.12 солнечных радиусов, светимость примерно втрое превосходит солнечную. Расстояние до звезды не сообщается, но исходя из ее светимости и видимой звездной величины (+11.71), его можно оценить в 417 пк.

Звезда прошла стандартную процедуру валидации (исключения астрофизических явлений, способных имитировать транзитный сигнал). Кроме того, в период с 20 сентября 2015 года по 7 января 2017 года было получено 38 замеров лучевой скорости K2-66. Это позволило измерить массу планеты K2-66 b – она оказалась равной 21.3 ± 3.6 масс Земли, что при радиусе планеты 2.49 ^+0.34/_-0.24 радиуса Земли приводит к средней плотности 7.8 ± 2.7 г/куб.см. Мини-нептун оказался суперземлей, одной из самых массивных из известных ныне. Планета вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 0.0598 ± 0.0007 а.е. (~8 звездных радиусов) и делает один оборот за 5.0696 ± 0.0008 земных суток. Эффективная температура планеты (в предположении нулевого альбедо и эффективного теплопереноса на ночную сторону) оценивается авторами открытия в 1372 ± 51К.

Сравнив среднюю плотность планеты с моделями суперземель и мини-нептунов, авторы нашли, что доля летучих в составе этой планеты не превышает 5% (а возможно, что и равна нулю). Однако маловероятно, что планета является «огарком» горячего нептуна. Сейчас освещенность на орбите K2-66 b в ~840 раз превышает освещенность на орбите Земли, однако когда родительская звезда находилась на главной последовательности, ее светимость была примерно в 2 раза меньше, чем сейчас, а освещенность на орбите K2-66 b – в 420 раз выше земной. Это сравнительно умеренная величина, недостаточная для быстрого испарения атмосферы планеты с массой ~21 масс Земли. Авторы открытия предполагают, что планета K2-66 b могла образоваться из плотного протопланетного диска, уже почти лишенного газа, соответственно, была плотной с момента своего образования.

K2-106 (EPIC 220674823) – солнцеподобная звезда немного меньше и тусклее Солнца. Ее масса оценивается в 0.92 ± 0.03 солнечных масс, радиус – в 0.95 ± 0.05 солнечных радиусов, светимость составляет примерно 0.74 солнечной. Расстояние до звезды не сообщается, но исходя из ее светимости и видимой звездной величины (+12.1) его можно оценить в 248 пк.

У звезды K2-106 обнаружено два транзитных кандидата с радиусами 1.82 и 2.77 радиусов Земли. Звезда прошла стандартную процедуру валидации. С 12 августа 2016 года по 22 января 2017 года авторы статьи получили 35 замеров ее лучевой скорости, в результате чего была измерена масса внутренней планеты, а на массу внешней наложен верхний предел.

Масса внутренней планеты K2-106 b достигает 9.0 ± 1.6 масс Земли, что при радиусе 1.82 ^+0.20/_-0.14 радиусов Земли приводит к средней плотности 8.6 ^+4.6/_-2.8 г/куб.см. Эта горячая суперземля вращается вокруг своей звезды по круговой орбите на расстоянии 0.01312 ± 0.00014 а.е. (~2.7 звездных радиусов!) и делает один оборот за 0.57134 ± 0.00002 земных суток (13.7 часов!) Эффективная температура планеты оценивается авторами в 2063 ± 58К. Средняя плотность планеты совместима с ее железокаменным составом, аналогичным составу Земли.

Радиус внешней планеты K2-106 c достигает 2.77 ^+0.37/_-0.23 радиусов Земли, она делает один оборот за 13.339 ± 0.002 земных суток. Ее массу измерить не удалось, был получен только верхний предел в 24.4 масс Земли (с достоверностью 99.7%). Величина большой полуоси орбиты внешней планеты составляет 0.1071 ± 0.0015 а.е., эксцентриситет не определен. Авторы открытия оценивают эффективную температуру K2-106 c в 722 ± 20К, планета достаточно прохладна, чтобы быть обычным мини-нептуном.

---