Ученые обнаружили впечатляющую экзопланетную систему TOI-201. Орбиты трех миров, вращающиеся вокруг центральной звезды, эволюционируют настолько быстро, что кажется, она никогда не бывает такой же, как несколько лет назад.
Три совершенно разных мира
Астрономы из Университета Нью-Мексико опубликовали результаты нового исследования, подтверждающие наличие трех вращающихся вокруг динамической системы экзопланет TOI-201. К ним относятся суперземля (TOI-201d), теплый Юпитер (TOI-201b) и коричневый карлик (TOI-201c). Исследование возглавил Исмаэль Мирелес, аспирант кафедры физики и астрономии Университета Нью-Мексико (UNM) под руководством профессора Дианы Драгомир. Статья под названием «Обнаружение быстро эволюционирующих орбит в динамической системе TOI-201» опубликована в журнале Science Advances.
Суперземля (TOI-201 d) — это скалистая планета размером примерно в 1,4 раза больше земного и массой примерно в 6 раз, которая совершает полный оборот вокруг своей звезды каждые 5,85 дня. Она находится очень близко к своему светилу и, вероятно, слишком горячая для существования жидкой воды.
Теплый Юпитер (TOI-201 b) — это газовый гигант, масса которого составляет примерно половину массы Юпитера, вращающуюся вокруг звезды каждые 53 дня. Теплые Юпитеры расположены между горячими Юпитерами, которые находятся ближе (орбиты продолжительностью несколько дней), и холодными, удаленными газовыми гигантами, такими как Юпитер (~12 лет). Они интересны с научной точки зрения, поскольку до конца не ясно, как они попали на те орбиты, на которых были обнаружены.
Коричневый карлик (TOI-201 c) является самым массивным объектом в системе, не считая звезды, и вращается по широкой, сильно эллиптической орбите с периодом примерно 8 лет. Конкретно его гравитационное действие описывает огромную часть динамического поведения системы. TOI-201 c также является объектом с самым длинным периодом транзита, который когда-либо был обнаружен.
«TOI-201 c уникален благодаря своему чрезвычайно длительному орбитальному периоду (~7,9 лет) и расположению в системе с двумя внутренними планетами, — отметил Мирелес. — Большинство известных коричневых карликов, проходящих транзит, вращаются гораздо ближе к своим звездам».
Масса коричневого карлика в 13 раз превышает юпитерианскую, но он все равно слишком мал, чтобы его можно было отнести к настоящим звездам. Он не способен поддерживать термоядерную реакцию в своем ядре, как это делает Солнце.
Активные изменения орбит системы TOI-201 в реальном времени
Это одна из немногих систем, где можно наблюдать за активными изменениями орбит планет в масштабах человеческой жизни. Она открывает редкую возможность в реальном времени заглянуть в динамичную жизнь планетных систем», — объяснил Мирелес. На самом деле, через 200 лет всего два из трех объектов все еще будут проходить перед звездой.
Для подтверждения существования этой системы ученые применили комбинацию из четырех методов наблюдения. Первый из них — спектроскопия (измерение радиальных скоростей), которая позволяет зафиксировать колебания звезды, вызванные гравитационным воздействием планет во время их вращения, и таким образом оценить их массу. Второй метод — транзитная фотометрия, которая заключается в фиксации незначительного затмения звезды, когда планета проходит перед ней. Были использованы данные о транзитах с космического телескопа TESS NASA и наземные наблюдения с ASTEP в Антарктиде — проекта, возглавляемого Обсерваторией Ла-Кот-д’Азур в Ницце в партнерстве с Бирмингемским университетом и Европейским космическим агентством. Наблюдения транзитов из глобальной сети телескопов LCOGT, расположенной в Чили, Австралии и Южной Африке, также были включены и сыграли решающую роль в анализе.
«Наш вклад стал возможен благодаря наличию телескопа в Антарктиде. Хотя логистика сложная, уникальное расположение телескопа и доступ к оптимальным астрономическим условиям являются ключевыми для изучения экзопланетных систем с длительными орбитальными периодами, такими как TOI-201», — сказал профессор Триод из Бирмингемского университета.
Третья методика предполагала анализ вариаций времени транзита (TTV), которые фиксируют незначительные отклонения в моментах прохождения планеты перед звездой. Такие изменения свидетельствуют о наличии другой планеты, влияющей на систему своей гравитацией. Наконец, исследователи применили астрометрию — использовали данные космических миссий Hipparcos и Gaia для обнаружения крошечных смещений положения звезды на небе, вызванных невидимым массивным спутником.
Наклоненные орбиты экзопланет
Мирелес добавляет, что наблюдения за экзопланетами обычно показывают лишь моментальный снимок эволюции системы. На самом деле большинство систем меняются только на временных масштабах миллионов лет. Что делает TOI-201 особенным, так это то, что исследователи действительно могут наблюдать ее изменение в реальном времени.
«Орбиты планет наклонены относительно друг друга, и поэтому они медленно тянут друг друга в новые положения», — сказал Мирелес.
«Это было неожиданностью, потому что если планеты рождаются в плоскости протопланетного диска, существовавшего в начале жизни звезды, ожидается, что у них будут выровненные орбиты, как планеты в Солнечной системе. Следующий вопрос, на который нужно ответить для TOI-201, — как эти три объекта получили такие наклоненные орбиты», — добавила Драгомир.
Через 200 лет суперземля перестанет транзитировать. Еще через несколько сотен лет то же самое произойдет с теплым Юпитером, а впоследствии — и с коричневым карликом. Однако через тысячи лет они снова начнут транзитировать, поскольку подвержены циклам транзитирующих и нетранзитирующих конфигураций.
Следующий транзит TOI-201c прогнозируется на 26 марта 2031 года, что предоставит редкую возможность для дальнейших наблюдений по всему миру, в том числе и астрономами-любителями.
По материалам phys.org
