< Cильная магнитная буря Земле не грозит

Новые планеты в уже известных системах: суперземли и нептуны

Женевская группа представила результаты наблюдений 8 звезд на протяжении более 11 лет. В результате были существенно уточнены параметры уже известных планет и открыто несколько новых.

---

Владислава Ананьева

Космический телескоп им. Кеплера показал широчайшую распространенность небольших планет (нептунов и суперземель) на сравнительно тесных орбитах. К аналогичным выводам пришли исследователи, занимающиеся поиском внесолнечных планет методом измерения лучевых скоростей родительских звезд с помощью спектрографа HARPS. По их оценкам, около половины солнцеподобных звезд имеют планеты с массой менее 50 масс Земли на тесных и умеренно тесных орбитах. В большинстве случаев эти планеты входят в состав многопланетных систем. 

Низкая масса планет и их множественность сильно затрудняют изучение планетных систем. Из-за малой массы амплитуда колебаний лучевой скорости звезды оказывается низкой, всего несколько (иногда буквально 1-2) метров в секунду, что сравнимо с погрешностью единичного замера. Множественность планет приводит к наложению колебаний, вызванных отдельными планетами. Необходимо большое количество замеров лучевой скорости и плотные ряды наблюдений, чтобы аккуратно «расплести» общую картину колебаний звезды вокруг барицентра планетной системы и выделить вклад каждой планеты.

Женевская группа ведет наблюдения ряда выбранных звезд с 2003 года. Непрерывные ряды наблюдений охватывают промежуток свыше 11 лет. Мониторинг лучевых скоростей звезд, у которых уже были обнаружены планеты, позволяет открывать там новые планеты меньшей массы и/или большего орбитального периода.

16 мая 2017 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная наблюдениям 8 ярких звезд южного неба, возле которых ранее уже были обнаружены планеты. Статья суммирует результаты наблюдений этих звезд с 2003 года по май 2015 года, когда было произведено обновление спектрографа HARPS. Авторы сознательно не включили в свой анализ замеры, полученные после обновления оборудования, чтобы не вносить в данные дополнительные систематические погрешности.

11-летний мониторинг привел к существенному уточнению параметров уже известных планет в представленных системах, а также к открытию нескольких новых маломассивных планет. Как правило, эксцентриситеты орбит «старых» планет уменьшились (иногда драматически), немного изменились массы, также удалось уменьшить погрешности в определении орбитальных периодов. 

В системе HD 20003 помимо двух уже известных нептунов с орбитальными периодами 11.8 и 33.9 земных суток и минимальными массами 11.5 и 14.7 масс Земли была обнаружена третья планета HD 20003 d с орбитальным периодом 183.6 земных суток, минимальной массой 12.7 масс Земли и температурным режимом Венеры. Полуамплитуда колебаний лучевой скорости звезды, наводимых третьей планетой, составляет всего 1.6 ± 0.2 м/с, что сравнимо с величиной среднего отклонения наблюдательных данных от наилучшего кеплеровского решения σ (O – C) – 1.64 м/с. Поэтому авторы осторожно говорят не о планете, а о планетном кандидате, и собираются продолжить мониторинг. Видно, что третья планета (если ее открытие подтвердится) находится буквально на пределе возможностей спектрографа HARPS.

В системе HD 20781 помимо двух нептунов с орбитальными периодами 29.2 и 85.5 земных суток и минимальными массами 10.6 и 14 масс Земли, соответственно, обнаружены еще две горячие суперземли. Внутренняя – с орбитальным периодом 5.3135 ± 0.001 земных суток и минимальной массой 1.93 ± 0.39 масс Земли, и вторая с орбитальным периодом 13.8905 ± 0.0034 земных суток и минимальной массой 5.3 ± 0.7 масс Земли. При этом эксцентриситет орбиты внешнего нептуна HD 20781 e упал почти до нуля (до 0.06 ± 0.06) – ситуация, обычная в истории экзопланетных исследований.

В системе HD 21693 подтверждены два нептуна с орбитальными периодами 22.7 и 53.7 земных суток. Их минимальные массы несколько уменьшились (с 10.2 до 8.2 масс Земли и с 20.6 до 17.4 масс Земли), также уменьшились эксцентриситеты орбит – с ~0.25 для обеих планет до 0.12 ± 0.08 и 0.07 ± 0.06 для внутренней и внешней планеты, соответственно.

Подтверждены три нептуна в системе HD 31527. Их минимальные массы и эксцентриситеты орбит незначительно уменьшились, остальные параметры практически не изменились.

У звезды HD 45184 уже был известен эксцентричный горячий нептун с орбитальным периодом 5.8854 ± 0.0003 земных суток и минимальной массой 12.7 земных масс. Теперь к нему присоединился еще один мини-нептун с минимальной массой 8.8 ± 1.1 масс Земли и орбитальным периодом 13.1354 ± 0.0026 суток. В результате открытия второй планеты эксцентриситет орбиты первой упал с ~0.3 до 0.07 ± 0.05. 

В системе HD 51608 подтверждены два нептуна. Если параметры внутренней планеты изменились мало, то внешняя «похудела» с ~18 масс Земли до 14.3 ± 1.6 масс Земли, а эксцентриситет ее орбиты уменьшился с 0.41 до 0.14 ± 0.07.

У звезды HD 134060 также подтверждены два нептуна. Интересно, что эксцентриситет орбиты внутренней планеты даже увеличился с 0.41 до 0.45 – таким образом, эта эксцентричность не кажущаяся, а вполне реальная. Зато эксцентриситет орбиты внешнего тяжелого нептуна HD 134060 c уменьшился до ~0.11. Температурный режим внешней планеты соответствует Главному поясу астероидов.

Наконец, у звезды HD 136352 подтверждены все три суперземли с минимальными массами (от внутренней планеты к внешней) 4.8, 10.8 и 8.6 масс Земли и орбитальными периодами 11.6, 27.6 и 107.6 земных суток. Эксцентриситет орбиты внешней планеты упал до ~0.09.

Авторы исследования отмечают, что они подобрались к границам достижимого для экзопланетного RV-обзора, опирающегося на замеры лучевой скорости с точностью ~1 м/с. Даже используя несколько сотен замеров лучевой скорости (от 184 для HD 20003 до 649 для HD 136352), они в состоянии обнаруживать планеты следующих классов:

- горячие земли с минимальными массами ниже 6 масс Земли и орбитальными периодами короче 15 земных суток, рекордсменом тут является HD 20781 b с массой 1.93 масс Земли;

- мини-нептуны и нептуны с минимальными массами в диапазоне от 8 до 17 масс Земли и орбитальными периодами от нескольких земных суток и примерно до года;

- планеты-гиганты на долгопериодических орбитах.

Для обнаружения земель и суперземель в обитаемой зоне солнцеподобных звезд необходимы спектрографы следующего поколения.

Источник: https://arxiv.org/pdf/1705.05153.pdf

---