Иллюстрация системы Кеплер-51 и трех ее внутренних планет, имеющих необычно низкую плотность. Новые наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА позволяют предположить, что в системе находится как минимум еще одна планета. Авторы и права: НАСА, ЕКА и Л. Хустак, Дж. Олмстед, Д. Плейер и Ф. Саммерс (STScI).
Согласно новому исследованию, проведенному исследователями из штата Пенсильвания и Университета Осаки, необычная планетная система с тремя известными «супер-пухлыми» планетами сверхнизкой плотности имеет как минимум еще одну планету.
Исследовательская группа намеревалась изучить Кеплер-51d, третью планету в системе, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST), но почти упустила свой шанс, когда планета неожиданно прошла перед своей звездой на два часа раньше, чем предсказывали модели.
Изучив новые и архивные данные различных космических и наземных телескопов, исследователи обнаружили, что лучшим объяснением является наличие четвертой планеты, гравитационное притяжение которой влияет на орбиты других планет в системе.
Открытие новой планеты подробно описано в статье, опубликованной в The Astronomical Journal.
«Суперпухлые планеты очень необычны тем, что имеют очень низкую массу и низкую плотность», — сказала Джессика Либби-Робертс, научный сотрудник Центра экзопланет и обитаемых миров в Пенсильванском университете и соавтор статьи.
«Три ранее известные планеты, вращающиеся вокруг звезды Кеплер-51, имеют размер Сатурна, но лишь в несколько раз больше массы Земли, поэтому их плотность подобна сладкой вате. Мы думаем, что у них крошечные ядра и огромные атмосферы из водорода и гелия. , но как образовались эти странные планеты и как их атмосфера не была уничтожена интенсивным излучением их молодой звезды, осталось загадкой. Мы планировали использовать JWST для изучения одной из этих планет, чтобы помочь ответить на эти вопросы, но теперь мы. иметь чтобы объяснить появление четвертой маломассивной планеты в системе».
Когда планета проходит перед своей звездой или проходит транзитом, если смотреть с Земли, она блокирует часть света звезды, вызывая небольшое уменьшение яркости звезды. Продолжительность и величина этого уменьшения дают подсказку о размере планеты и других характеристиках.
Планеты проходят транзит, когда завершают оборот вокруг своей звезды, но иногда они проходят на несколько минут раньше или позже, потому что их притягивает гравитация других планет в системе. Эти незначительные различия известны как изменения времени прохождения планет и встроены в модели астрономов, позволяющие им точно предсказывать, когда планеты будут проходить транзит.
Исследователи заявили, что у них нет оснований полагать, что трехпланетная модель системы Кеплер-51 неточна, и они успешно использовали эту модель для прогнозирования времени прохождения Кеплер-51b в мае 2023 года, а затем с помощью обсерватории Апач-Пойнт. (APO) для наблюдения за ним по графику.
«Мы также пытались использовать телескоп Дэйви Лаборатории Пенсильванского университета для наблюдения за транзитом Kepler-51d в 2022 году, но некоторые несвоевременные облака заблокировали наш обзор как раз в тот момент, когда прогнозировалось начало транзита», — сказала Либби-Робертс. «Возможно, тогда мы могли бы узнать, что что-то не так, но у нас не было причин подозревать, что Kepler-51d не пройдет так, как ожидалось, когда мы планировали наблюдать его с помощью JWST».
Модель трех планет команды предсказала, что Kepler-51d пройдет около 2 часов ночи по восточному времени в июне 2023 года, и исследователи подготовились наблюдать это событие как с помощью JWST, так и с помощью APO.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
«Слава богу, мы начали наблюдения на несколько часов раньше, чтобы установить базовую линию, потому что наступило 2 часа ночи, затем 3, а мы все еще не наблюдали изменения яркости звезды с помощью APO», — сказала Либби-Робертс. «После лихорадочного повторного запуска наших моделей и тщательного изучения данных мы обнаружили небольшое падение яркости звезды сразу же, как только начали наблюдения с помощью APO, что в конечном итоге стало началом транзита — на 2 часа раньше, что значительно превышает 15-часовой срок. минутное окно неопределенности наших моделей».
Когда исследователи проанализировали новые данные APO и JWST, они подтвердили, что зафиксировали прохождение Kepler-51d, хотя и значительно раньше, чем ожидалось.
«Мы были действительно озадачены ранним появлением Kepler-51d, и никакая точная настройка модели трех планет не могла объяснить такое большое несоответствие», — сказал Кенто Масуда, доцент кафедры наук о Земле и космосе в Университете Осаки и соавтор статьи. «Только добавление четвертой планеты объяснило эту разницу. Это первая планета, открытая с помощью изменений времени прохождения с помощью JWST».
Чтобы объяснить, что происходит в системе Кеплер-51, исследовательская группа пересмотрела предыдущие данные о транзите, полученные с космического телескопа НАСА «Кеплер» и спутника НАСА для исследования транзитных экзопланет (TESS). Они также провели новые наблюдения внутренних планет системы, в том числе с помощью космического телескопа Хаббла и телескопа Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института, а также получили архивные данные с нескольких наземных телескопов.
Поскольку транзит новой планеты, Кеплер-51e, еще не наблюдался (возможно, потому, что она может не проходить на луче зрения между своей звездой и Землей), исследователи отметили, насколько важно было получить как можно больше данных для подтверждения своих выводов. новые модели.
«Мы провели так называемый «грубый поиск», проверив множество различных комбинаций свойств планет, чтобы найти модель четырех планет, которая объясняет все данные о транзите, собранные за последние 14 лет», — сказал Масуда.
«Мы обнаружили, что сигнал лучше всего объясняется, если Kepler-51e имеет массу, аналогичную массе трех других планет, и движется по довольно круговой орбите продолжительностью около 264 дней — то, чего мы и ожидали, основываясь на других планетных системах. Другие возможные решения, которые мы нашли, включают в себя более массивная планета на более широкой орбите, хотя мы думаем, что это менее вероятно».
Учет четвертой планеты и корректировка моделей также меняют ожидаемые массы других планет в системе. По мнению исследователей, это влияет на другие предполагаемые свойства этих планет и дает информацию о том, как они могли образоваться. Хотя три внутренние планеты немного массивнее, чем считалось ранее, их по-прежнему классифицируют как суперпуфы. Однако неясно, является ли Кеплер-51e также сверхпухлой планетой, поскольку исследователи не наблюдали транзита Кеплер-51е и поэтому не могут рассчитать его радиус или плотность.
«Суперпухлые планеты довольно редки, а когда они и встречаются, то, как правило, единственные в планетной системе», — сказала Либби-Робертс. «Если попытка объяснить, как три суперклубка образовались в одной системе, была недостаточно сложной, то теперь нам нужно объяснить четвертую планету, независимо от того, является ли она суперклубком или нет. И мы также не можем исключать наличие дополнительных планет в системе». «
Поскольку исследователи считают, что орбита Kepler-51e составляет 264 дня, они заявили, что необходимо дополнительное время для наблюдений, чтобы получить лучшую картину воздействия ее гравитации – или гравитации дополнительных планет – на три внутренние планеты в системе.
«Кеплер-51e имеет орбиту немного большую, чем у Венеры, и находится прямо внутри обитаемой зоны звезды, поэтому за пределами этого расстояния может происходить гораздо больше, если мы потратим время на осмотр», — сказала Либби-Робертс. «Продолжение изучения изменений времени транзита может помочь нам обнаружить планеты, которые находятся дальше от своих звезд, и может помочь в нашем поиске планет, которые потенциально могут поддерживать жизнь».
В настоящее время исследователи анализируют остальные данные JWST, которые могут предоставить информацию об атмосфере Kepler-51d. По словам исследователей, изучение состава и других свойств трех внутренних планет также может улучшить понимание того, как образовались необычные суперпухлые планеты со сверхнизкой плотностью.
Помимо Либби-Робертс и Масуда, возглавлявших команду Kepler-51d, в международную исследовательскую группу входят Джон Ливингстон из Национальной астрономической обсерватории Японии, который координировал большую часть наземных последующих исследований; множество наземных наблюдателей; команда Кеплер-51b; и команда Паломар.
Информация от: Университетом штата Пенсильвания.
