< Открыт первый в истории «внутривенерианский» астероид

Трехпланетная система TOI-700 включает в себя аналог Земли

У сравнительно близкого (31 пк) красного карлика TOI-700 обнаружены три транзитные планеты с радиусами 1.01, 2.63 и 1.19 радиусов Земли и орбитальными периодами 9.98, 16.05 и 37.43 земных суток. Внешняя планета получает ~86% той энергии, что получает Земля от Солнца, и попадает в консервативную обитаемую зону.

---

Владислава Ананьева

За последнее десятилетие достигнут значительный прогресс в обнаружении небольших (размерами меньше Нептуна) планет в обитаемой зоне других звезд. Исторически первой такой планетой стала Kepler-22 b, однако поскольку ее радиус составляет ~2.3 радиуса Земли, крайне маловероятно, что она является планетой земного типа, скорее мини-нептуном. Позже «Кеплер» обнаружил в обитаемой зоне еще несколько планет с радиусами 1.4-1.7 радиусов Земли (например, Kepler-69 c, Kepler-62 e, f), но и они слишком велики, чтобы считаться аналогами Земли. Первой по-настоящему землеразмерной планетой в обитаемой зоне стала Kepler-186 f с радиусом 1.11 ± 0.14 радиусов Земли и температурным режимом Марса. К сожалению, удаленность (~179 пк) этой интересной системы и тусклость родительской звезды (+14.63) сильно затрудняют их изучение.

Наиболее удобны в поисках аналогов Земли близкие и сравнительно яркие красные карлики. Благодаря небольшим размерам дисков этих звезд транзиты планет оказываются глубже и заметнее, чем транзиты по дискам солнцеподобных звезд. Из-за своей малой массы красные карлики сильнее откликаются на гравитационное влияние своих планет, что облегчает измерение массы транзитных кандидатов методом лучевых скоростей. 

Для поиска небольших планет у близких красных карликов было организовано сразу несколько наблюдательных программ – транзитные обзоры MEarth и TRAPPIST, а также основанные на методе лучевых скоростей Pale Red Dot и SPECULOOS. В результате их деятельности было открыто несколько интереснейших систем, в том числе планета в обитаемой зоне у ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра и семипланетная система TRAPPIST-1. Однако и Проксима, и TRAPPIST-1 являются тусклыми, но активными звездами с мощными вспышками, регулярно стерилизующими поверхность своих планет.

7 января 2020 года в Архиве электронных препринтов появилось сразу три статьи, посвященные трехпланетной системе TOI-700. Система была обнаружена миссией TESS и прошла стандартную процедуру валидации (статистического подтверждения). Третья планета в этой системе TOI-700 d имеет размеры, лишь немного превышающие земные, при этом получая 86 ⁺¹⁹/_-15 % той энергии, что получает Земля от Солнца. Что важно – TOI-700 является очень спокойной звездой с низким уровнем активности. 

Этот красный карлик спектрального класса M2 V удален от нас на 31.127 ± 0.02 пк. Масса звезды оценивается в 0.416 ± 0.01 солнечных масс, радиус – в 0.42 ± 0.03 солнечных радиуса, светимость составляет 2.33 ± 0.11% от светимости Солнца. Судя по медленному вращению и низкому уровню хромосферной активности, TOI-700 отличается зрелым возрастом, гарантированно превышающим 1.5 млрд. лет.

По счастливой случайности TOI-700 находится всего в 3° от южного полюса эклиптики, в области неба, где отдельные сектора TESS перекрываются. Благодаря этому телескоп снимал фотометрию этой звезды почти год (на 11 секторах из 13). Длительное время наблюдений позволило обнаружить три транзитных кандидата с периодами 9.977, 16.051 и 37.426 земных суток и глубиной, соответствующей планетам с радиусами 1.01 ± 0.09, 2.63 ± 0.24 и 1.19 ± 0.11 радиусов Земли, соответственно.

Валидация этой системы была проведена очень тщательно. Для исключения возможных затменно-переменных двойных фона в качестве источников транзитных сигналов исследователи получили снимки высокого разрешения окрестностей TOI-700 на телескопе Gemini. Кроме того, они подняли архивные снимки звезды, полученные в 1982, 1989 и 1996 годах. Поскольку звезда довольно быстро движется по небу (на 191.7 угловых миллисекунд в год), за эти годы она успела сместиться на 7 угловых секунд. На снимках 80-х годов прошлого века в точке, где звезда находится сейчас, нет никаких источников, способных имитировать транзитные сигналы. Данные, полученные «Гайей», тоже свидетельствуют о том, что TOI-700 является одиночной. Спектры высокого разрешения не показывают никаких следов двойственности. Наконец, независимые наблюдения транзитов TOI-700 d на «Спитцере» исключили последний возможный источник ложнопозитивов – инструментальные артефакты TESS.

Все три планеты вращаются вокруг своей звезды по близким к круговым орбитам (эксцентриситеты ~0.03, в пределах погрешностей совместимые с нулем) на расстоянии 0.0637 ± 0.0064, 0.0925 ± 0.009 и 0.163 ± 0.015 а.е., соответственно. Температурный режим планеты b близок к температурному режиму Меркурия, скорее всего, она является горячим аналогом Венеры. Планета c по своим размерам – типичный мини-нептун. Наконец, планета d – наиболее полный аналог Земли из известных на данный момент.

Проанализировав небольшие отклонения времени наступления транзитов планет в этой системе от линейных эфемерид, авторы получили верхние пределы на их массы в 2.9, 6.5 и 5.1 масс Земли, соответственно.

---