Малые планеты на орбитах маломассивных звезд, обнаруженные с помощью прибора SPIRou и спутника TESS

Рисунок 1: Прибор SPIRou во время его интеграции в телескоп Канада-Франция-Гавайи.

С момента открытия в 1995 году планеты на орбите вокруг звезды, отличной от Солнца, исследования в области экзопланетологии произвели революцию в наших знаниях о планетных системах. Инструмент SPIRou, установленный на телескопе Канада-Франция-Гавайи, вносит свой вклад в эти результаты, в частности, наблюдая за возможными планетами, обнаруженными спутником обсерватории TESS.

Объединив данные обоих приборов, была обнаружена планета TOI-1695b, которая является одной из новых планет типа суб-Нептуна и супер-Земли, открытых прибором SPIRou вокруг звезд менее массивных и более холодных, чем Солнце, международной командой, в которой главную роль играет Институт астрофизики Парижа. Эти результаты способствуют лучшему пониманию этих типов планет, которые не существуют в Солнечной системе.

На протяжении веков были известны и наблюдались только планеты Солнечной системы: четыре планеты-гиганта, расположенные далеко от Солнца, и четыре теллурические планеты (включая Землю), расположенные ближе к нашей звезде. В современных представлениях XIX и XX веков казалось весьма вероятным, что многие, если не все другие звезды также содержат планеты; будучи недоступными для наших средств наблюдения, они оставались, однако, в области воображения или научной фантастики. Поэтому было неизвестно, существуют ли эти возможные внесолнечные планеты на самом деле, похожи ли они на планеты Солнечной системы или обладают другими свойствами.

Ситуация изменилась в 1995 году с первым обнаружением внесолнечной планеты, проведенным в обсерватории Верхнего Прованса астрономами Мишелем Майором и Дидье Квелозом, впоследствии удостоенными Нобелевской премии по физике. С тех пор были разработаны новые инструменты; они позволили обнаружить и охарактеризовать тысячи экзопланет, что произвело революцию в наших знаниях о планетных системах, в частности, об их формировании и эволюции.

Рисунок 2: Телескоп CFHT на вершине Мауна-Кеа.

Среди них Франция и Институт астрофизики Парижа внесли большой вклад в разработку прибора SPIRou (рис. 1) на телескопе Канада-Франция-Гавайи (рис. 2), установленном на Большом острове Гавайев. Это спектрополяриметр, работающий в инфракрасном диапазоне. Он позволяет искать планеты вокруг звезд менее массивных, меньших по размеру и более холодных, чем Солнце, - красных карликов (их температура составляет от 2500 до 4000°C, в то время как температура Солнца - 5500°C).

Это также позволяет изучать магнитную активность этих небольших звезд, которые являются самыми многочисленными звездами в нашей галактике. Научные группы используют SPIRou, в частности, для характеристики планет-кандидатов (объектов, которые могут быть планетами), которые были обнаружены вокруг красных карликовых звезд спутником Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), спутником обсерватории НАСА, и которые необходимо наблюдать с помощью SPIRou для установления их природы.

Именно в этом контексте исследователи из Института астрофизики Парижа, включая Флавиена Кифера (сотрудник и бывший аспирант IAP), Эдера Мартиоли (младший научный сотрудник IAP и бывший аспирант IAP), Гийома Эбрара (старший научный сотрудник CNRS), Алена Лекавелье дез Этанга (старший научный сотрудник CNRS) и Пьера-Сесиля Кенига (бывший аспирант IAP). D. student at the IAP) представляют открытие и характеристику новой планеты TOI-1695b, выполненные международной командой. Работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Будучи в два раза больше, но в шесть раз массивнее Земли, эта новая планета имеет плотность немного ниже земной. Она относится к субнептуновому типу (планета немного меньше Нептуна). Однако ее температура на несколько сотен градусов выше, чем у Нептуна, а ее атмосфера, скорее всего, содержит большое количество водорода, гелия и водяного пара. Наконец, эта планета обращается вокруг своей красной карликовой звезды за три дня (рис. 3).

Рисунок 3: : Радиальная скорость звезды TOI-1695, измеренная с помощью SPIRou, показывает, что звезда периодически удаляется и приближается к нам. Эти изменения позволяют обнаружить и охарактеризовать планету субнептунового типа TOI-1695b, которую она принимает (Kiefer et al. 2022). Действительно, метод радиальных скоростей является косвенным методом обнаружения и определения характеристик внесолнечных планет. Он основан на гравитационном взаимодействии между планетой и ее звездой: если планета в основном вращается вокруг своей звезды, которая гораздо массивнее, то планета, тем не менее, слегка нарушает движение своей звезды. Очень точно измерив движение звезды, в частности, ее радиальную скорость, мы можем сделать вывод, что вокруг нее вращается планета.

Ранее эта же команда уже объявила об открытии суперземли TOI-1452b (опубликовано в журнале The Astronomical Journal) и субнептуна TOI-1759b (опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics). Как и TOI-1695b, эти две планеты вращаются вокруг красной карликовой звезды. Размеры этих трех планет в 1,7-3,1 раза больше Земли, а их масса в 5-7 раз больше земной. Таким образом, они являются промежуточными планетами между Землей и Нептуном, но находятся ближе к своим звездам-хозяевам (от 6 до 18 миллионов километров, по сравнению со 150 миллионами километров расстояния между Землей и Солнцем).

Хотя такие планеты не существуют в Солнечной системе, программы наблюдений уже несколько лет показывают, что эти супер-Земли и суб-Нептуны, тем не менее, в изобилии присутствуют в нашей галактике. Эти новые планеты, обнаруженные и охарактеризованные с помощью SPIRou, позволят лучше понять эту новую планетарную популяцию. Возникает вопрос, как в истории их формирования некоторые из них могли стать газообразными или каменистыми планетами, несмотря на схожую массу. Ответ на этот вопрос может помочь объяснить дихотомию планет Солнечной системы - между малыми теллурическими планетами и планетами-гигантами.