Понедельник, 26.08.2019
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Lightsail-2 показал раскрытие солнечного паруса
30.07.2019 22:43 Давность: 26 days
Категория: Экзопланеты
Количество просмотров: 79

Система K2-146: два мини-нептуна в орбитальном резонансе 3:2



Наблюдения вариаций времени наступления транзитов позволили измерить массы обеих планет и оценить их среднюю плотность.


Владислава Ананьева

Согласно данным, полученным «Кеплером», самими распространенными планетами в Галактике являются мини-нептуны и суперземли – планеты с радиусами, промежуточными между радиусами Земли и Нептуна. По иронии судьбы планет такого размера в Солнечной системе нет. Состав и строение небесных тел этого размерного класса отличается удивительным разнообразием – среди них есть железокаменные планеты, массивные аналоги Меркурия и Венеры, планеты, включающие заметную долю водяного льда («супер-Ганимеды») и даже рыхлые «воздушные» планеты, окруженные протяженной водородно-гелиевой атмосферой. 

Для определения состава экзопланет необходимо измерять и их радиусы, и массы. Радиусы планет определяются по глубине транзитов, но с массами ситуация более сложная. Для измерения масс небольших планет методом лучевых скоростей необходимы высокоточные спектрографы, а родительские звезды должны быть достаточно яркими, чтобы была возможность получать их спектры высочайшего качества. К сожалению, подавляющее большинство планет «Кеплера» вращается вокруг тусклых звезд, для которых этот метод не работает. Однако если вокруг звезды вращается сразу несколько транзитных планет, близких к орбитальным резонансам низкого порядка (это значит, что их орбитальные периоды относятся друг к другу как простые целые числа), гравитационное взаимодействие таких планет приводит к заметным вариациям времени наступления транзитов (TTV). Наблюдение таких вариаций (т.н. тайминг транзитов) позволяет измерять массы планет даже у тусклых звезд. 

26 июля 2019 года в Архиве электронных препринтов появилось сразу две статьи, посвященные двухпланетной системе K2-146 – Kristine W. F. Lam (1) и Aaron Hamann (2). Тайминг транзитов позволил определить массы обеих транзитных мини-нептунов и оценить их средние плотности. Поскольку два научных коллектива изучали эту систему независимо, их результаты несколько различаются (однако согласуются друг с другом в пределах погрешностей, что прибавляет им надежности).

Звезда K2-146 (EPIC 211924657) наблюдалась во время 5-й, 16-й и 18-й наблюдательных кампаний расширенной миссии «Кеплера» K2. Это красный карлик спектрального класса M3 V, удаленный от нас на 79.31 ± 0.45 пк. Оценки массы и радиуса K2-146 немного различаются – по данным Lam с коллегами они составляют 0.358 ± 0.042 и 0.350 ± 0.035 солнечных масс и радиусов, соответственно, а по мнению Hamann и его группы – 0.331 ± 0.009 и 0.33 ± 0.01 солнечных масс и радиусов. Несколько большие оценки радиуса звезды первой группы авторов закономерно приводят к большим значениям радиусов планет.

Во время 5-й наблюдательной кампании у звезды K2-146 был обнаружен транзитный мини-нептун K2-146 b с радиусом ~2.2 радиуса Земли и орбитальным периодом 2.67 суток. Отклонения моментов наступления транзитов от строгой периодичности достигали получаса, что говорило о наличии в системе дополнительной (не транзитной) планеты. Как потом выяснилось, вторая планета была «почти транзитной» – своим краем она чуть-чуть касалась звездного диска, но в тот момент этого не заметили. К 16-й и 18-й наблюдательным кампаниям прецессия плоскости орбиты второй планеты привела ее на звездный диск, уменьшив прицельный параметр с 1 до 0.95 и увеличив глубину транзита втрое. Это позволило измерить орбитальный период (~4.0 суток) и определить, что обе планеты находятся в резонансе 3:2. 

Измерение вариаций времени наступления транзитов обеих планет на протяжении трех наблюдательных кампаний позволило определить их массы. Lam оценила массы планет K2-146 b и K2-146 c в 5.6 ± 0.7 и 7.1 ± 0.9 масс Земли, что при радиусах 2.25 ± 0.10 и 2.6 +1.8/-0.4 радиусов Земли приводит к средней плотности 2.7 ± 0.5 и 2.25 +1.88/-1.85 г/куб.см.

У Hamann получились близкие значения масс – 5.77 ± 0.18 и 7.49 ± 0.24 масс Земли для планет b и c, но немного меньшие радиусы – 2.05 ± 0.06 и 2.19 ± 0.07 радиусов Земли, что приводит к средним плотностям 3.69 ± 0.21 и 3.92 ± 0.27 г/куб.см, соответственно. Как мы видим, Hamann с коллегами нашли радиус второго мини-нептуна куда более определенным, чем группа Lam, а средние плотности обеих планет у них выше. Однако в любом случае эти средние плотности слишком малы, чтобы планеты системы K2-146 оказались железокаменными. Скорее всего, они обе содержат значительную долю воды и/или окружены протяженными водородно-гелиевыми атмосферами.

Планеты системы K2-146 на плоскости «масса – радиус» среди других транзитных экзопланет с измеренными массами по Lam. Цвета планет отражают их эффективные температуры. Для сравнения черными ромбами показаны также планеты Солнечной системы Венера, Земля и Нептун. Изогнутыми черными линиями показаны модельные соотношения масса-радиус для планет чисто водного, чисто силикатного и чисто железного состава. Голубые штрихпунктирные линии показывают эти соотношения для водных планет с водородными атмосферами, составляющими 5%, 2% и 0.1% полной массы планеты, зеленая штрихпунктирная линия – для железокаменной планеты с водородной атмосферой массой в 1% полной массы планеты.
Планеты системы K2-146 на плоскости «масса – радиус» среди других транзитных экзопланет с измеренными массами по Hamann. Изогнутыми синими и коричневыми линиями показаны модельные соотношения масса-радиус для планет чисто ледяного, водно-силикатного, силикатного и земного состава (67% силикаты, 33% железо). Изогнутыми зелеными линиями показаны модельные соотношения масса-радиус для каменистых планет с водородно-гелиевыми атмосферами, на которые приходится 2%, 1%, 0.5% и 0.2% полной массы планеты.

Из-за прецессии орбиты планета K2-146 c периодичностью в сотню лет становится при взгляде с Земли то транзитной, то не транзитной. Сейчас ее прицельный параметр уменьшается и через ~25 лет достигнет величины 0.4. Как только планета c станет целиком заходить на звездный диск (это отразится на форме транзитной кривой – у нее появится плоское дно), радиус планеты можно будет измерить точно.

В предположении нулевого альбедо эффективные температуры планет b и c составляют 590 и 520К.

Источники: https://arxiv.org/pdf/1907.11141.pdf
https://arxiv.org/pdf/1907.10620.pdf


Комментарии

Комментарии

Вход в систему

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

Забыли пароль?

Межгалактическая среда

Межгалактическое пространство заполнено газом. Его средняя плотность не превышает одного атома на кубический дециметр, однако общая масса межгалактического газа, возможно, превышает массу содержащуюся во всех звездах... [далее]

Rambler's Top100