KOI 5Ab: как астрономы чуть не забыли экзопланету

В ближайших окрестностях Солнца почти половина звёзд входит в состав двойных и кратных (то есть с тремя и более звёздами) систем. Несмотря на это, возле таких светил обнаружено лишь около 10% известных экзопланет. Частично это связано с тем, что воздействие от звёзд-компаньонов может подавить или изменить процесс образования и эволюции планет. Но есть и другой фактор: изучение таких систем сложнее, чем одинарных, и среди астрономов появилась тенденция их избегать. Поэтому до сих пор мало известно об отличиях свойств планетных систем у одиночных или кратных звёзд.

Самый результативный способ поиска экзопланет — метод транзитной фотометрии. Это наблюдение небольших периодических изменений яркости звёзд, которые возникают из-за прохождения экзопланеты по диску своего светила. Осложняют поиск транзитов такие факторы, как звёздная активность в виде вспышек или пятен, переменность звёзд и наличие у них компаньонов. Кроме того, часто оказывают влияние ошибки в аппаратном обеспечении и даже прохождения объектов нашей Солнечной системы. Различные методы обработки и анализа кривых светимости, использование машинного обучения и просто опыт и внимательность учёного позволяют преодолевать и такие трудности. Транзитный метод использовал и космический телескоп Kepler, который в своё время позволил открыть множество экзопланет.

За почти 10 лет работы американского космического телескопа Kepler астрономы с его помощью открыли 2394 экзопланеты и ещё 2366 кандидатов в экзопланеты (Сервисы с обновляемыми списками экзопланет мы привели после текста). К числу последних относился и объект у звезды KOI-5, который находится на расстоянии 1800 световых лет от Солнца в созвездии Лебедя. Это был второй по счёту открытый телескопом Kepler кандидат в экзопланеты, найденный всего через 10 дней после начала работы. Кривая светимости показала, что KOI-5Ab (тогда ещё просто KOI-5b) — экзопланета размером с Нептун, год на которой длится 5 земных дней. Чуть позже стало понятно, что кандидат не так прост: учёные выяснили, что в этой системе есть ещё две звезды на орбитах вокруг барицентра — центра масс системы — продолжительностью 30 и 400 лет. Потому интерпретируемое как событие транзита падение яркости звезды можно объяснить ещё и их влиянием. Космический телескоп Kepler продолжил каждый день выявлять новые кандидаты в экзопланеты: сначала сотни, потом тысячи. Поэтому учёные сконцентрировали усилия на них, а о KOI-5Ab практически забыли на десятилетие.

В 2018 году начал работу новый охотник на экзопланеты — американский космический телескоп TESS. Он тоже использует метод транзитной фотометрии. TESS повторно просканировал участок неба, который за 10 лет до него изучил Kepler. Разумеется, телескоп увидел событие транзита у звезды KOI-5, которая в его каталогах называлась TOI 1241 (KOI = Kepler Object of Interest, TOI = TESS Object of Interest). Астрономы вспомнили, что не закончили исследование этой системы 10 лет назад и решили вернуться к нему.

Изучив снимки и кривые яркости, полученные уже двумя телескопами, учёные поняли, что звёзды-компаньоны в этой системе были друг от друга слишком далеко, чтобы стать причиной транзитов или каких-либо ещё изменений в яркости. Там должен был существовать четвёртый объект. Чтобы узнать его природу, астрономы воспользовались данными обсерватории им. Кека на Гавайях, где для поиска экзопланет применяется метод лучевых скоростей. Он заключается в том, что если у звезды есть экзопланета, то последняя будет гравитационно влиять на звезду, вызывая небольшие колебания лучевой скорости. Определить эти колебания можно наблюдением за спектром звезды, где будут смещаться линии поглощения или излучения. Исследование спектра показало, что можно выделить два периода колебаний лучевой скорости. Первое соответствовало крупному объекту массой чуть больше солнечной, который находится на орбите вокруг барицентра периодом в 30 лет. Это звезда-компаньон KOI-5B. Второе соответствовало объекту в 57 раз массивнее Земли, с радиусом в 7 раз больше земного, на орбите с периодом в 5 суток. Таким образом, открытие KOI-5Ab подтвердилось.

Но у учёных появились вопросы. Экзопланета способна совершить транзит, но сами звёзды системы не затмевают друг друга. Это значит, что орбиты планеты и звёзд не находятся в одной плоскости. Почему так произошло? Сформировались ли они из разных частей околозвёздного диска? Либо же орбиту экзопланеты так развернуло влияние других звёзд в системе? Авторы открытия склонны придерживаться последней точки зрения.

KOI-5Ab — не единственный подобный объект. Один из самых интересных примеров — система GW Ориона. У этой тройной звезды остаточный диск разделился на несколько колец в разных плоскостях, в которых, вероятно, формируются планеты. Новое поколение космических и наземных телескопов (уже действующие космические телескопы Gaia, TESS и CHEOPS, будущие James Webb, Nancy Grace Roman, PLATO и ARIEL, а также наземные инструменты Palomar Radial Velocity Instrument на телескопе Hale в Паломаре, телескоп NEID в Южной Аризоне и Keck Planet Finder на Гавайях) откроет новые перспективы для изучения экзопланет в таких системах и поможет лучше понять, как они там формируются и эволюционируют. 

Источник: exoplanet.eu