В 2011 году астрономы консорциума широкоугольного поиска планет (WASP) обнаружили газовый гигант, вращающийся очень близко к звезде типа Солнца (G-типа) на расстоянии около 700 световых лет от нас. Эта планета известна как WASP-39b (она же «Бокапринс»), один из многих «горячих юпитеров», открытых за последние десятилетия и вращающихся вокруг своей звезды на расстоянии менее 5% расстояния между Землей и Солнцем (0,05 а.е. ). В 2022 году, вскоре после Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) она стала первой экзопланетой, в атмосфере которой были обнаружены углекислый газ и диоксид серы.
Увы, исследователи не смогли определить все важные детали WASP-39b (особенно ее размер) на основе кривых блеска планеты, как наблюдали ученые. Уэбб. что препятствует более точному анализу данных. В новом исследовании, проведенном Институтом исследований Солнечной системы Макса Планка (MPS), международная группа показала способ преодолеть это препятствие. Они утверждают, что, учитывая магнитное поле родительской звезды, можно определить истинный размер экзопланеты на орбите. Эти результаты, вероятно, окажут существенное влияние на быстро расширяющуюся область изучения и характеристики экзопланет.
Исследование возглавили доктор Надежда Костогрыз и ее коллеги из МПС. К ним присоединились астрономы и астрофизики из Центра астрономии (Гейдельбергский университет), Астрофизической группы Кильского университета, Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института (MIT) и Научного института космического телескопа (STScI). ). Статья с описанием их исследования «Магнитное происхождение несоответствия между моделями потемнения кромок звезд и наблюдениями» была недавно опубликована в журнале Природная астрономия.
Кривая блеска — это измерение яркости звезды за более длительные периоды. Используя метод транзита (транзитную фотометрию), астрономы отслеживают периодические падения яркости звезд, которые могут возникнуть в результате прохождения (транзита) экзопланеты перед их лицом относительно наблюдателя. Помимо того, что точные наблюдения кривых блеска являются наиболее широко используемым методом обнаружения экзопланет, они позволяют астрономам оценить размер и период обращения экзопланет.
Эти кривые также могут предоставить информацию о составе атмосферы планеты на основе света, проходящего через ее атмосферу во время транзита — метод, известный как «транзитная спектроскопия». К сожалению, оценки размера планеты страдают от наблюдательной проблемы, известной как «потемнение конечностей». Доктор Костогрыз объяснил в заявлении для прессы MPS:
«Проблемы, возникающие при интерпретации данных WASP-39b, хорошо известны по многим другим экзопланетам – независимо от того, [of] независимо от того, наблюдаются ли они с помощью Кеплера, TESS, Джеймса Уэбба или будущего космического корабля ПЛАТО. Как и в случае с другими звездами, вращающимися вокруг экзопланет, наблюдаемая кривая блеска WASP-39 более пологая, чем могли объяснить предыдущие модели».
Край звездного диска (или «лимба») играет решающую роль в интерпретации кривой блеска звезды. Поскольку лимб соответствует внешним (и более холодным) слоям звезды, он кажется наблюдателю темнее, чем внутренняя область. Однако дальше звезда на самом деле не светит менее ярко. Это «лимбовое затемнение» влияет на форму сигнала экзопланеты на кривой блеска, поскольку затемнение определяет, насколько круто кривая падает во время планетарного транзита, а затем снова поднимается. Исторически астрономам не удавалось точно воспроизводить данные наблюдений с использованием традиционных звездных моделей.
В каждом случае падение блеска звезды было менее резким, чем предсказывали модельные расчеты. Очевидно, что в моделях чего-то не хватало, что мешало астрономам воспроизвести сигналы транзита экзопланет. Как обнаружили доктор Костогрыз и ее команда, недостающей частью являются звездные магнитные поля, которые генерируются движением проводящей плазмы внутри звезды. Команда впервые заметила это при изучении выбранных кривых блеска, полученных НАСА. Космический телескоп Кеплер между 2009 и 2018 годами.
Исследователи также доказали, что расхождение между данными наблюдений и модельными расчетами исчезает, если в расчеты включить магнитное поле звезды. С этой целью команда обратилась к избранным данным космического телескопа НАСА «Кеплер», который зафиксировал свет тысяч и тысяч звезд с 2009 по 2018 год. С этой целью они смоделировали атмосферу типичных звезд Кеплера в присутствии магнитного поля. а затем смоделировали данные наблюдений на основе этих расчетов. Когда они сравнили свои результаты с реальными данными, они обнаружили, что они точно воспроизводят наблюдения Кеплера.
Они также обнаружили, что сила магнитного поля может иметь глубокий эффект: потемнение по краям более выражено у звезд со слабыми магнитными полями и меньше у звезд с сильными. Наконец, они расширили свое моделирование на данные спектров излучения, полученные JWST, и обнаружили, что магнитное поле родительской звезды по-разному влияет на затемнение края на разных длинах волн. Эти результаты помогут в будущих исследованиях экзопланет, что приведет к более точным оценкам характеристик планет. Сказал доктор Александр Шапиро, соавтор текущего исследования и руководитель исследовательской группы, финансируемой ERC, в MPS:
«В последние десятилетия и годы способ продвинуться вперед в исследованиях экзопланет заключался в совершенствовании оборудования — космических телескопов, предназначенных для поиска и описания новых миров. Космический телескоп Джеймса Уэбба вывел это развитие на новый уровень. Следующим шагом теперь будет улучшение и уточнение моделей для интерпретации этих превосходных данных».
Теперь исследователи планируют распространить свой анализ на звезды, отличные от Солнца, что может привести к уточнению оценок массы экзопланет для скалистых планет (похожих на Землю). Кроме того, их результаты показывают, что кривые блеска звезд можно использовать для ограничения силы звездных магнитных полей — еще одной характеристики, которую сложно измерить.
Дополнительная литература: MPS, Природная астрономия.
