Солнечная система: Измерены массы двух транзитных планет системы HD 3167 и открыта третья нетранзитн

Внутренняя планета оказалась горячей суперземлей, внешняя – теплым мини-нептуном, их массы оцениваются в ~5 и ~10 масс Земли, соответственно. Между ними вращается не транзитная планета с минимальной массой ~7 масс Земли.

Космический телескоп им. Кеплера обнаружил широчайшую распространенность планет с радиусами, промежуточными между радиусами Земли и Нептуна (1-3.9 радиусов Земли). Однако в Солнечной системе таких планет нет, так что у нас нет перед глазами живого примера, по аналогии с которым можно было бы судить о других планетах этого размерного класса. Среди планет с радиусами от 1 до 3.9 радиусов Земли могут быть массивные планеты земного типа и мини-нептуны, океаниды и суперганимеды, а возможно, и миры, которые мы пока не можем себе представить.

Чтобы оценить химический состав планеты, необходимо знать ее среднюю плотность, а для этого – определить ее массу и радиус. Радиусы транзитных планет определяются по глубине транзитов в долях радиуса звезды, и при знании звездного радиуса могут быть оценены весьма точно. Однако как быть с массами? Ожидаемые массы суперземель и мини-нептунов сравнительно невелики (1-10 масс Земли), колебания лучевой скорости, наводимые ими на свою звезду, составляют всего несколько метров в секунду. Такие скорости можно надежно измерить только у ярких звезд. Большинство же родительских звезд на Поле Кеплера, у которых были обнаружены транзитные планеты, оказываются тусклее 14 звездной величины. Именно поэтому большинство транзитных планет, обнаруженных «Кеплером» в рамках основной миссии, подтверждаются статистически, а их массы остаются не измеренными.

Однако звезды, наблюдаемые «Кеплером» в рамках расширенной миссии K2, в среднем гораздо ярче, так что массы транзитных кандидатов вполне можно попытаться определить методом измерения лучевых скоростей. 8 июня 2017 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная измерению масс транзитных планет у звезды HD 3167. Авторы статьи не только успешно измерили массы обеих планет, но и открыли в этой системе еще одну не транзитную планету.

Система HD 3167 была представлена в июле 2016 года. У звезды главной последовательности спектрального класса G9V/K0V были обнаружены две транзитные планеты – суперземля радиусом ~1.6 радиусов Земли и орбитальным периодом 0.96 земных суток, и мини-нептун радиусом ~2.9 радиусов Земли и орбитальным периодом 29.85 земных суток. Звезда прошла стандартную процедуру валидации и благодаря своей яркости и низкому уровню активности была признана перспективной целью для измерения масс планет методом лучевых скоростей.

Лучевые скорости HD 3167 измерялись с помощью спектрографов HIRES на Кеке, Levy на APF и HARPS-N на TNG (60, 116 и 76 замеров, соответственно, всего 252), точность единичного замера составила 0.6-1.6 м/с для разных инструментов и разных ночей.

В результате были зафиксированы колебания лучевой скорости звезды, наведенные обеими транзитными экзопланетами, кроме того, было обнаружено еще одно колебание, вызванное дополнительной нетранзитной планетой.

Итак, масса внутренней планеты HD 3167 b оказалась равной 5.02 ± 0.38 масс Земли, что при радиусе 1.70 ± 0.18 радиусов Земли приводит к средней плотности 5.60 +2.15/-1.43 г/куб.см. Скорее всего, планета имеет в основном железокаменный состав, однако включает в себя заметную долю летучих (возможно, воды). Эффективная температура планеты оценивается первооткрывателями в 1560 ± 130К.

Масса внешней планеты HD 3167 c оценивается в 9.8 ± 1.3 масс Земли, что при радиусе 3.01 +0.42/-0.28 радиусов Земли приводит к средней плотности 1.97 +0.94/-0.59 г/куб.см – перед нами типичный мини-нептун. Эффективная температура планеты оценивается первооткрывателями в 500 ± 40К. Эксцентриситет орбиты HD 3167 c не определен, но, во всяком случае, он не превышает 0.267.

После учета колебаний, наведенных обеими транзитными планетами, в данных обнаружилось еще одно колебание с полуамплитудой 2.39 ± 0.24 м/с и периодом 8.49 земных суток. Исследователи провели несколько тестов, чтобы убедиться, что это не инструментальный эффект, не артефакт обработки данных и не проявление звездной активности. Они пришли к выводу, что колебание вызывается третьей (не транзитной) планетой, которую они назвали HD 3167 d.

Минимальная масса HD 3167 d (параметр m sin i) оценивается в 6.9 ± 0.7 масс Земли. Планета вращается вокруг своей звезды по орбите с плохо определенным эксцентриситетом (менее 0.36) на среднем расстоянии 0.0776 ± 0.0003 а.е., уровень освещенности на ее орбите оценивается авторами статьи в 89 ± 6 земных.

Проанализировав аналитически и численно движение всех трех планет, авторы статьи нашли, что наклон плоскости орбиты планеты d к плоскости орбиты планеты c лежит в интервале 15-60°, а значит, истинная масса планеты составляет 7.1-13.8 масс Земли. Таким образом, планета d оказывается нептуном или мини-нептуном.

Яркость родительской звезды (+8.94) делает ее удобной целью для будущих наблюдений. Космический телескоп им. Джеймса Вебба, чей запуск ожидается в октябре 2018 года, сможет изучить свойства атмосферы мини-нептуна HD 3167 c методами трансмиссионной спектроскопии. Наблюдения транзитов HD 3167 c европейским спутником CHEOPS позволит измерить вариации времени их наступления и независимо определить массу и наклонение HD 3167 d.

Источник: https://arxiv.org/pdf/1706.01892.pdf

Источник: stp.cosmos.ru