Науковці виявили дивовижну екзопланетну систему TOI-201. Орбіти трьох світів, що обертаються навколо центральної зорі, еволюціонують настільки швидко, що здається, вона ніколи не буває такою ж, що і кілька років тому.
Три абсолютно різні світи
Астрономи з Університету Нью-Мексико опублікували результати нового дослідження, які підтверджують наявність трьох об’єктів, що обертаються навколо динамічної системи екзопланет TOI-201. До них належать суперземля (TOI-201 d), теплий Юпітер (TOI-201 b) та коричневий карлик (TOI-201 c). Дослідження очолив Ісмаель Мірелес, аспірант кафедри фізики та астрономії Університету Нью-Мексико (UNM) під керівництвом професорки Діани Драгомір. Стаття під назвою «Виявлення орбіт, що швидко еволюціонують, у динамічній системі TOI-201» опублікована в журналі Science Advances.
Суперземля (TOI-201 d) — це скеляста планета, розмір якої приблизно в 1,4 раза перевищує розмір Землі, а маса — приблизно в 6 разів, яка робить повний оберт навколо своєї зорі кожні 5,85 дня. Вона розташована дуже близько до свого світила і, ймовірно, є занадто гарячою для існування рідкої води.
Теплий Юпітер (TOI-201 b) — це газовий гігант, маса якого становить приблизно половину маси Юпітера, що обертається навколо зорі кожні 53 дні. Теплі Юпітери розташовані між гарячими Юпітерами, що знаходяться ближче (орбіти тривалістю кілька днів), та холодними, віддаленими газовими гігантами, такими як Юпітер (~12 років). Вони цікаві з наукової точки зору, оскільки до кінця не зрозуміло, як вони потрапили на ті орбіти, на яких їх виявили.
Коричневий карлик (TOI-201 c) є наймасивнішим об’єктом у системі, не враховуючи зорю, і обертається по широкій, сильно еліптичній орбіті з періодом приблизно 8 років. Саме його гравітаційний вплив визначає більшу частину динамічної поведінки системи. TOI-201 c також є об’єктом із найдовшим періодом транзиту, який коли-небудь був виявлений.
«TOI-201 c є унікальним завдяки своєму надзвичайно довгому орбітальному періоду (~7,9 року) та розташуванню в системі з двома внутрішніми планетами, — зазначив Мірелес. — Більшість відомих коричневих карликів, що проходять транзит, обертаються набагато ближче до своїх світил».
Маса коричневого карлика в 13 разів перевищує юпітеріанську, але він все одно занадто малий, щоб його можна було зарахувати до справжніх зір. Він не здатний підтримувати термоядерну реакцію у своєму ядрі, як це робить Сонце.
Активні зміни орбіт системи TOI-201 у реальному часі
«Це одна з небагатьох систем, де можна спостерігати за активними змінами орбіт планет у масштабах людського життя. Вона відкриває рідкісну можливість у реальному часі зазирнути у динамічне життя планетних систем», — пояснив Мірелес. Насправді через 200 років лише два з трьох об’єктів все ще будуть проходити перед зорею.
Для підтвердження існування цієї системи науковці застосували комбінацію чотирьох методів спостереження. Перший із них — спектроскопія (вимірювання радіальних швидкостей), яка дає змогу зафіксувати коливання зорі, спричинені гравітаційним впливом планет під час їхнього обертання, і таким чином оцінити їхню масу. Другий метод — транзитна фотометрія, яка полягає у фіксації незначного затемнення зорі, коли планета проходить перед нею. Були використані дані про транзити з космічного телескопа TESS NASA та наземні спостереження з ASTEP в Антарктиді — проєкту, очолюваного Обсерваторією Ла-Кот-д’Азур у Ніцці у партнерстві з Бірмінгемським університетом та Європейською космічною агенцією. Спостереження транзитів із глобальної мережі телескопів LCOGT, розташованої в Чилі, Австралії та Південній Африці, також були включені й відіграли вирішальну роль в аналізі.
«Наш внесок став можливим завдяки наявності телескопа в Антарктиді. Хоча логістика є складною, унікальне розташування телескопа та доступ до оптимальних астрономічних умов є ключовими для вивчення екзопланетних систем з тривалими орбітальними періодами, такими як TOI-201», — сказав професор Тріод із Бірмінгемського університету.
Третя методика передбачала аналіз варіацій часу транзиту (TTV), які фіксують незначні відхилення в моментах проходження планети перед зорею. Такі зміни свідчать про наявність іншої планети, що впливає на систему своєю гравітацією. Нарешті, дослідники застосували астрометрію — використали дані космічних місій Hipparcos і Gaia для виявлення крихітних зміщень положення зорі на небі, спричинених невидимим масивним супутником.
Нахилені орбіти екзопланет
Мірелес додає, що спостереження за екзопланетами зазвичай показують лише моментальний знімок еволюції системи. Насправді більшість систем змінюються лише на часових масштабах мільйонів років. Що робить TOI-201 особливим, так це те, що дослідники насправді можуть спостерігати її зміну в реальному часі.
«Орбіти планет нахилені відносно одна одної, й через це вони повільно тягнуть одна одну в нові положення», — сказав Мірелес.
«Це було несподіванкою, тому що якщо планети народжуються в площині протопланетного диска, який існував на початку життя зорі, очікується, що вони матимуть вирівняні орбіти, як планети в Сонячній системі. Тож наступне запитання, на яке потрібно відповісти для TOI-201, — як ці три об’єкти отримали такі нахилені орбіти», — додала Драгомір.
За 200 років суперземля перестане транзитувати. Ще за кілька сотень років це саме станеться з теплим Юпітером, а згодом — і з коричневим карликом. Проте вони знову почнуть транзитувати через тисячі років, оскільки піддаються циклам транзитуючих та нетранзитуючих конфігурацій.
Наступний транзит TOI-201 c прогнозується на 26 березня 2031 року, що надасть рідкісну можливість для подальших спостережень у всьому світі, зокрема й астрономами-аматорами.
За матеріалами phys.org
