< НАСА протестирует робота для поиска жизни в океанах на других планетах

В системе HIP 41378 у всех планет низкие плотности

Методом лучевых скоростей измерены массы четырех транзитных планет в системе HIP 41378, и найдена еще одна не транзитная планета. Средняя плотность легкого газового гиганта HIP 41378 f с эффективной температурой 294К (+21°С) составляет всего 0.09 ± 0.02 г/куб.см, что трудно объяснить в рамках существующих моделей.

---

Владислава Ананьева

Измерение масс транзитных планет методом лучевых скоростей позволяет определять их средние плотности, а значит – делать выводы о химическом составе. Особенно интересно изучение транзитных планет, более прохладных, чем горячие юпитеры. 19 ноября 2019 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная измерению масс планет в системе HIP 41378. Из пяти транзитных планет массы были измерены у трех, а на массы двух были наложены верхние пределы. Кроме того, была обнаружена шестая (не транзитная) планета.

Система HIP 41378 была представлена в июне 2016 года. «Кеплер» снимал фотометрию этой звезды в рамках 5 наблюдательной кампании расширенной миссии K2, которая продлилась 75 суток. Были обнаружены две транзитные планеты b и c с орбитальными периодами 15.57 и 31.7 земных суток и радиусами ~2.9 и ~2.56 радиусов Земли. Кроме того, на кривой блеска прорисовались еще три одиночных транзита трех дополнительных планет. Для уточнения строения этой интересной системы явно требовались дополнительные наблюдения.

Чтобы измерить массы планет в этой системе и уточнить орбитальные периоды внешних планет, авторы получили 464 замера лучевой скорости HIP 41378 с помощью спектрографов SOPHIE, HARPS, HARPS-N, HIRES и PFS. Высококачественные спектры позволили также уточнить параметры родительской звезды.

HIP 41378 – звезда главной последовательности спектрального класса F8 V, удаленная от нас на 103 ± 2 пк. Ее масса оценивается в 1.16 ± 0.04 солнечных масс, радиус – в 1.273 ± 0.015 солнечных радиусов, светимость примерно в 2.32 раза превышает солнечную. Возраст звезды составляет 3.1 ± 0.6 млрд. лет.

Первая планета – горячий мини-нептун HIP 41378 b, чей радиус после уточнения радиуса звезды оценивается в 2.595 ± 0.036 радиусов Земли, а масса – в 6.9 ± 0.9 масс Земли, что приводит к средней плотности 2.17 ± 0.28 г/куб.см, типичной для мини-нептунов. Планета вращается вокруг своей звезды по слабоэллиптической орбите с большой полуосью 0.1283 ± 0.0015 а.е. и эксцентриситетом 0.07 ± 0.06. Ее эффективная температура достигает 959 ± 9К.

Вторая планета – еще один мини-нептун HIP 41378 c массой 4.4 ± 1.1 масс Земли и радиусом 2.73 ± 0.06 радиусов Земли, что приводит к средней плотности 1.2 ± 0.3 г/куб.см. Планета вращается вокруг своей звезды практически по круговой орбите (эксцентриситет 0.04 ± 0.03) на среднем расстоянии 0.2061 ± 0.0024 а.е., ее эффективная температура составляет 757 ± 7К.

Третья планета HIP 41378 g оказалась не транзитной, поэтому ее радиус неизвестен. Минимальная масса планеты оценивается в 7.0 ± 1.5 масс Земли, однако поскольку планетная система HIP 41378 достаточно плоская, вряд ли наклонение орбиты этой планеты сильно отличается от 88°, поэтому ее истинная масса будет очень близка к минимальной. Планета вращается на среднем расстоянии 0.3227 ± 0.0036 а.е. (эксцентриситет орбиты 0.06 ^+0.06/_-0.04) и делает один оборот за 62.06 ± 0.32 земных суток, ее эффективная температура – 605 ± 5К. Скорее всего, она также является мини-нептуном.

Три внутренние планеты образуют цепочку орбитальных резонансов 1:2:4, такой же резонанс связывает три внутренних галилеева спутника Юпитера Ио, Европу и Ганимед.

Четвертая известная планета HIP 41378 d имеет радиус типичного нептуна – 3.54 ± 0.06 радиусов Земли, однако ее масса не превышает 4.6 масс Земли (с достоверностью 95% средняя плотность меньше 0.56 г/куб.см). Ее орбитальный период – 278.36 земных суток – принят исходя из двух соображений: продолжительности единственного транзита и предположения о наличии орбитального резонанса с планетами e и f. Орбита этой планеты также близка к круговой, температурный режим является промежуточным между температурными режимами Меркурия и Венеры (T_эф = 367 ± 3K).

Пятая планета HIP 41378 e имеет радиус 4.92 ± 0.09 радиусов Земли и орбитальный период 369 ± 10 земных суток. Формально ее масса составляет 12 ± 5 масс Земли, но поскольку погрешность оказалась сравнимой с измеряемой величиной, авторы осторожно говорят о верхнем пределе в 22 масс Земли. Низкая средняя плотность планеты (формально 0.55 ± 0.23 г/куб.см, строго – менее 0.82 г/куб.см) говорит об обилии летучих веществ в ее составе. Температурный режим этой планеты близок к температурному режиму Венеры (эффективная температура – 335 ± 4К).

Но самой воздушной и рыхлой оказалась шестая планета HIP 41378 f. При радиусе 9.2 ± 0.1 радиусов Земли, сравнимом с радиусом Сатурна, масса планеты f оказалась равной всего 12 ± 3 масс Земли, что приводит к средней плотности 0.09 ± 0.02 г/куб.см! Планета вращается вокруг родительской звезды по круговой орбите (эксцентриситет 0.004) на расстоянии 1.37 ± 0.02 а.е., ее орбитальный период составляет 542.08 земных суток, эффективная температура – всего 294 ± 3К. Если у этой планеты есть крупные спутники, они могут быть обитаемыми.

Настолько низкую среднюю плотность у такой прохладной и не слишком молодой планеты трудно объяснить, исходя из моделей планет-гигантов, поэтому авторы предположили, что большие размеры HIP 41378 f – кажущиеся, т.е. сама планета меньше по размерам, но окружена протяженными оптически толстыми кольцами. Чтобы проверить эту гипотезу, авторы предлагают пронаблюдать транзиты планеты f в инфракрасном диапазоне, где оптическая толщина колец должна быть меньше.

Три внешние планеты близки к орбитальному резонансу 3:4:6, а вся система составляет длинную цепочку резонансов 1:2:4:18:24:36. В широком зазоре между планетами g и d, возможно, есть еще не открытые планеты.

Авторы возлагают большие надежды на спектрограф ESPRESSO на VLT, чья внутренняя (инструментальная) точность достигает 0.1 м/с. Измерения лучевой скорости HIP 41378 с этой точностью позволят измерить массы планет d и e и, возможно, открыть новые планеты в зазоре между планетами g и d.

---