Горячие суперганимеды системы Kepler-444

Методом тайминга транзитов определена масса двух землеразмерных планет системы Kepler-444 – d и e. Она оказалась очень низкой – ~0.036 и ~0.034 масс Земли, что приводит к средней плотности ~1.27 и ~1.08 г/куб.см, соответственно. Глубокие транзиты планет в линии Лайман-альфа говорят о протяженных водородных коронах, обусловленных плотными паровыми атмосферами.

Последние два десятилетия экзопланетных исследований показали широчайшее разнообразие планет и планетных систем. Стало ясно, что Солнечная система не является типичным образцом планетной системы, а планеты Солнечной системы не охватывают и малой доли возможных вариантов типов планет. Были открыты горячие юпитеры и горячие нептуны, планеты-гиганты на резко эксцентричных орбитах, планеты с массой, промежуточной между массами Земли и Урана, а также компактные плотно упакованные системы, в которых на орбитах, поместившихся бы внутри орбиты Меркурия, располагается пять, шесть, а иногда и семь планет. Выяснилось, что землеразмерность еще не означает землеподобия, и небольшие планеты совсем не обязательно являются железокаменными планетами земного типа. Природа в очередной раз оказалась куда богаче наших представлений о ней.

В марте 2017 года в Архиве электронных препринтов было опубликовано сразу несколько работ, посвященных пятипланетной системе Kepler-444. Еще в 2015 году у древнего оранжевого карлика (возраст звезды достигает 11.2 ± 1 млрд. лет) было обнаружено пять транзитных планет с радиусами, промежуточными между радиусами Меркурия и Венеры, и орбитальными периодами от 3.6 до 9.8 земных суток. Радиусы планет составили (от внутренней планеты к внешней) 0.406 ± 0.013, 0.521 ± 0.017, 0.540 ± 0.017, 0.555 ± 0.018 и 0.767 ± 0.025 радиусов Земли.

Несмотря на ожидаемую небольшую массу, из-за близости орбит планеты должны заметно влиять друг на друга, приводя к заметным вариациям времени наступления транзитов. Шон Миллс (Sean M. Mills) и Дэниэл Фабриски (Daniel C. Fabrycky) проанализировали вариации времени наступления транзитов и смогли оценить массу двух планет, d и e, а на массы остальных положить верхние пределы. 

Итак, масса планеты d оказалась равной ~0.036 масс Земли, точнее, лежащей в интервале от 0.016 до 0.10 масс Земли, что приводит к средней плотности 1.27 г/куб.см (точнее, 0.56-3.5 г/куб.см). Массу планеты e оценили в ~0.034 масс Земли (0.015-0.093 масс Земли), что приводит к средней плотности 1.08 г/куб.см (0.48-3.0 г/куб.см). Хотя вблизи верхней границы доверительного интервала средняя плотность обеих планет может быть сравнимой со средней плотностью Марса, скорее всего, она гораздо ниже, и обе планеты представляют собой горячие аналоги Ганимеда, включающие в свой состав больше половины водяного льда и окруженные плотной атмосферой из водяного пара. Средние плотности планет b и c оказываются ниже 6.6 и 6.2 г/куб.см, т.е. они могут оказаться и «нормальными» планетами земного типа, однако средняя плотность планеты f оказывается ниже 2.6 г/куб.см – внешняя планета также является суперганимедом.

Косвенным подтверждением низкой средней плотности внешних планет e и f является наблюдение их транзитов в резонансной линии нейтрального водорода Лайман-альфа. Наблюдения были проведены инструментом STIS космического телескопа им. Хаббла в 6 различных моментов (18 ноября, 7 и 17 декабря 2015 года, 5 мая, 6 июня и 8 июля 2016 года). Глубина транзитов обеих планет достигает 20%, что говорит о наличии у них протяженных водородных корон. Интересно, что транзит планеты f в линии La длился еще в течение 15 часов после оптического транзита, что свидетельствует о кометообразной форме короны. Из-за малой массы удержать молекулярный водород в своих атмосферах эти планеты не могут (особенно с учетом древнего возраста), так что наличие таких корон может говорить об атмосферах из водородсодержащих веществ, например, из водяного пара, фотодиссоциация которого приводит к пополнению запасов атомарного водорода в верхней атмосфере. Темпы потери водорода оцениваются авторами исследования в 107-108 г/сек (10-100 тонн в секунду).

Интересно, что во время наблюдений 6 июня, когда по диску звезды не проходила ни одна из известных планет, исследователи обнаружили ослабление потока на 40 ± 6%, по форме напоминающее одиночный транзит. Возможно, это ослабление было вызвано скользящим проходом по диску звезды водородной короны шестой не транзитной планеты, которой авторы заранее дали наименование Kepler-444 g. Конечно, для подтверждения ее наличия и для дальнейших исследований системы необходимы новые наблюдения Kepler-444 в дальнем ультрафиолете.

https://arxiv.org/pdf/1703.03417.pdf

https://arxiv.org/pdf/1703.00504.pdf

Источник: stp.cosmos.ru