TESS - космический телескоп для поиска экзопланет

[Dayan]

В новой статье, вышедшей сегодня в Архиве препринтов, сообщается о подтверждении планетной системы у красного карлика TOI-1266.
A Mini-Neptune and a Venus-Zone Planet in the Radius Valley Orbiting the Nearby M2-dwarf TOI-1266: Validation with the Habitable-zone Planet Finder

TOI-1266 является звездой спектрального класса M2 V (её блеск в V = 12.94^m), расположена на северном небе. Она наблюдалась TESS в четырёх секторах – 14, 15, 21 и 22. Звезда имеет массу ~ 0.437 M⊙, радиус ~ 0.423 R⊙, Teff ≈ 3573 K, светимость составляет примерно 0.0263 L⊙. Металличность сравнима или немного уступает солнечной. Возраст оценивается в 7.9 ^+4.2_−5.2 млрд лет.
Расстояние до системы составляет 36.011 ± 0.03 пк (или около 117.5 световых лет).

У этой звезды было обнаружено два транзитных кандидата, которые авторы нового исследования подтвердили как настоящие планеты. При помощи спектрографа ближнего ИК-диапазона HPF (на телескопе Хобби-Эберли) были установлены верхние пределы масс планет.

Параметры планет системы:
b обращается с орбитальным периодом примерно 10.895 суток (большая полуось ≈ 0.0745 а.е.). Радиус этого мининептуна составляет 2.458 ^+0.083_−0.073 R⊕, а масса не превышает 15.9 M⊕ с вероятностью 95 %. Инсоляция на планете в ~ 4.72 раза превышает инсоляцию на Земле, в предположении нулевого альбедо равновесная температура оценивается в ~ 410 K.
c обращается с орбитальным периодом примерно 18.802 суток (большая полуось ≈ 0.1037 а.е.). Имея радиус 1.673 ^+0.087_−0.110 R⊕, эта планета попадает в зазор Фултона – переходную область между скалистыми и газовыми планетами. Её масса не превышает 6.4 M⊕ с вероятностью 95 %, т.е. имеющиеся на сегодня данные указывают на присутствие значительной доли летучих веществ в составе планеты. Температурный режим TOI-1266 c примерно соответствует температурному режиму Венеры: инсоляция на планете в ~ 2.42 раза превышает инсоляцию на Земле, и в предположении нулевого альбедо равновесная температура оценивается в ~ 347 K.

[Goodricke]

Астрономы обнаружили самый молодой горячий юпитер

Спутник TESS зафиксировал всего в 490 световых годах от Земли новую экзопланету HIP 67522 b. Это самый молодой из известных на сегодняшний день горячих юпитеров. Его возраст около 17 миллионов лет.

https://nplus1.ru/news/2020/06/23/youngest-hot-jupiter
https://www.nasa.gov/feature/jpl/young-giant-planet-offers-clues-to-formation-of-exotic-worlds
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ab94b7

[Goodricke]

В системе близкой к нам молодой звезды открыта планета

Астрономы обнаружили в системе молодой звезды AU Mic b экзопланету, сопоставимую по размеру с Нептуном. Она располагается на расстоянии всего
31,9 светового года от нас.


https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-s-tess-spitzer-missions-discover-a-world-orbiting-a-unique-young-star
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2400-z

[Dayan]

Сегодня вышло сразу несколько статей, посвящённых изучению AU Mic b.
Бесплатно статью об открытии можно посмотреть в Архиве: A planet within the debris disk around the pre-main-sequence star AU Microscopii.

Авторы стразу 4 статей с помощью эффекта Росситера-Маклафлина независимо определили спроецированный на небо угол наклона орбиты к плоскости экватора родительской звезды. Все результаты оказались похожими в пределах погрешностей – этот угол близок к нулю, что говорит в пользу спокойного способа миграции AU Mic b к звезде после того, как она образовалась в протопланетном диске.

Limits on the Spin-Orbit Angle and Atmospheric Escape for the 22 Myr-old Planet AU Mic b
Transmission spectroscopy and Rossiter-McLaughlin measurements of the young Neptune orbiting AU Mic
The Youngest Planet to Have a Spin-Orbit Alignment Measurement AU Mic b
Magnetism and spin-orbit alignment in the young planetary system AU Mic

Авторы второй статьи также попытались найти в полученном ими трансмиссионном спектре (с помощью ESPRESSO) линии химических элементов планетной атмосферы, однако безрезультатно – активность звезды не позволяет это сделать, по крайней мере, в оптическом диапазоне.

В статье The dichotomy of atmospheric escape in AU Mic b авторы смоделировали скорость испарения атмосферы планеты. Она оказывается сильно зависящей от мощности звёздного ветра. С одной стороны, высокий поток ультрафиолетового и рентгеновского излучения молодой звезды приводит к высокой скорости потерь. С другой стороны, при сильном звёздном ветре атмосфера вынуждена занимать меньший объём пространства, что может уменьшить скорость потерь. Считается, что мощность ветра AU Микроскопа настолько высока, что ею теряется примерно от 10 до 1000 раз больше массы за единицу времени, чем Солнцем.
В случае полного отсутствия звёздного ветра скорость испарения составляет ~ 6.5·10⁷ кг/с (или около 0.34 M⊕ за 1 млрд лет, но не стоит забывать, что эта скорость такая высокая пока звезда является очень молодой). При самой большой оценке мощности звёздного ветра эта скорость уменьшается наполовину.
Авторы предсказывают, что транзит b в линии Ly-α будет иметь глубину ~ 20 % в случае отсутствия звёздного ветра, а в случае мощного звёздного ветра поглощение может быть практически любым.

Астрономы обнаружили в системе молодой звезды AU Mic b экзопланету, сопоставимую по размеру с Нептуном.

Надо поправить название звезды. С некоторых пор у каких-то писателей в темах про экзопланеты стало модным коверкать названия звёзд и планет как угодно, но стоит закруглиться с этой тенденцией.

[SpaceEngineer]

При самой большой оценке мощности звёздного ветра эта скорость уменьшается наполовину.

Уменьшается?

[Dayan]

Уменьшается?

В данном случае – когда звёздный ветер очень мощный – да.

[SpaceEngineer]

Интересно. Везде пишут, что звездный ветер "сдувает" атмосферу. А тут наоборот? Почему?

[Dayan]

Интересно. Везде пишут, что звездный ветер "сдувает" атмосферу. А тут наоборот? Почему?

Дело в том, что атмосфера планет расширяется не в пустое пространство, а просачивается в среду, где начинает доминировать вещество звёздного ветра, пусть и чрезвычайно разреженного (но и сама верхняя атмосфера чрезвычайно разрежена).
Средняя плотность звёздного ветра на орбите AU Mic b примерно на 4–6 порядков превосходит плотность солнечного ветра на орбите современной Земли (из-за большей скорости потери массы молодой AU Mic и гораздо более компактной орбиты b по сравнению с земной). Верхняя атмосфера вытесняется этим ветром в существенно меньший объём вокруг планеты – граница между ними проходит там, где сравниваются давления расширяющейся верхней атмосферы планеты и набегающего ветра при одной температуре (см. Figure 2 в статье), при том, что и сам ветер уплотняется при набегании на планетную атмосферу.
Т.е. взаимодействие этих сред вокруг AU Mic b происходит в более глубокой части атмосферы, чем в случае Земли. Атмосферный отток там ещё дозвуковой, в отличие от верхней атмосферы Земли, поэтому общая скорость потерь уменьшается.

Думаю, что Вам лучше самому посмотреть статью, а не мой пересказ через призму моего понимания (Вы же спокойно читаете на английском).

[николай теллалов]

считать ли тогда, что у таких планет болле четкая граница атмосферы?

[Dayan]

считать ли тогда, что у таких планет болле четкая граница атмосферы?

В каком-то смысле наверное.

[SpaceEngineer]

Интересный эффект, не задумывался о таком.

[an]

 Горячие и теплые  газовые гиганты у красных карликов редкое явление, поэтому их обнаружение  представляет интерес потому, что такие системы позволяют исследовать пути миграции и проверять наше понимание внутренних структур планет. Ранее у красных карликов были известны четыре транзитные  планетные системы с  коротким периодом.

Теперь сообщается об открытии   транзитного теплого юпитера    у красного карлика  TOI-1899

https://arxiv.org/abs/2007.07098

Одиночный транзит, зафиксированный TESS, был потом подтвержден из наблюдений с высокоточной спектроскопией ближнего инфракрасного диапазона искателя планет обитаемой зоны (HPF)на 3- х метровом телескопе  Ликской обсерватории.
 Звезда спектрального класса M0,  находится на расстоянии от Земли 128.4±03 пс.(418,6 св. лет) 
Масса планеты   M = 0.66±0.07 массы Юпитера,     радиус 1,37 + 0,05-0,06 радиуса Юпитера. Откуда средняя плотность 0.32+0.05−0.06 г/см. куб.
Планета обращается вокруг звезды с периодом в 29,02 дней и  эксцентриситетом 0.118+0.073−0.077
Равновесная температура оценивается в 362K.

По сравнению с другими газовыми гигантами, имеющими такую равновесную температуру, TOI-1899b раздута, что является загадочным. Возможным объяснением может служить то что  атмосфера с повышенной  непрозрачностью (например, благодаря повышенной атмосферной металличности) замедлит охлаждение планеты и сохранит больший радиус в течение  длительных периодов времени.

Другое объяснение состоит в том что при наличии градиента тяжелых элементов в атмосфере может снизить эффективность переноса тепла и замедлить её охлаждение и сжатие. Градиент молекулярной массы может предотвратить крупномасштабную конвекцию, нарушить теплоперенос и привести к полуконвективному слою, не зависящему от падающего потока звезды.

Для окончательного выбора модели атмосферы, объясняющей такие её любопытные особенности, требуется продолжение наблюдений.

[Foma]

По сравнению с другими газовыми гигантами, имеющими такую равновесную температуру, TOI-1899b раздута, что является загадочным. Возможным объяснением может служить то что  атмосфера с повышенной  непрозрачностью (например, благодаря повышенной атмосферной металличности) замедлит охлаждение планеты и сохранит больший радиус в течение  длительных периодов времени.

Здесь вспоминается недавняя статья arXiv:1911.09673, где рассматривалось, нельзя ли объяснить низкую плотность некоторых планет наличием колец. Там были получены разные ограничения и показано, что с раздутыми планетами Кеплера фокус не прокатит. Однако для TOI-1899b гипотеза вполне жизнеспособна. В частности ограничение на максимальную плотность материала кольца дает величину
ρ_r<2.3f^3/2(M_p/6M_⊕)(R_inf/6R_⊕)^-3 ~1.5...4.8 г/см³
в зависимости от фактора заполнения f≤1, который учитывает ориентацию колец, их оптическую толщину, щели и тд.
То есть кольца из, например, силикатных частиц могут объяснить пониженную плотность TOI-1899b.

[an]

То есть кольца из, например, силикатных частиц могут объяснить пониженную плотность TOI-1899b.

А не упадут   кольца на планету вскоре после образования  из за близости к звезде  и следующего от этого гравитационного возмущения от неё?

[SpaceEngineer]

Скорее из-за эффекта Робертсона-Пойнтинга.

[Dayan]

Звёзды все в основном далёкие, ближайшая - ню² Волка в 47.5 с.л., у неё обнаружено три планеты:
http://exoplanet.eu/star.php?st=HD+136352

У двух внутренних планет ню² Волка, b и c, с помощью TESS обнаружили транзиты: Transits of Known Planets Orbiting a Naked-Eye Star.
Планета b оказывается суперземлёй с радиусом ~ 1.482 R⊕, а планета c — мининептуном с радиусом 2.608 ~ R⊕.

[an]

 Масса внутренней планеты HD 136352b -  4.62 (+0.45  -0.44) Mземл.  второй, HD 136352c - 11.29 (+0.73 - 0,69) Mземл.

Средняя плотность HD 136352b - 7.8 (+1.2?1.1) гр/см. куб  HD 136352c - 3.50 (+0.41?0.36) гр/см. куб

На диаграмме масса -радиус  HD 136352b располагается на линии состава 32,5% Fe,и  67,5 MgSiO3; а  HD 136352c  между линиями с 50% H2O и без заметных количеств водорода, и линией состава 50% H2O и 0,3% H2.   Сравнение с плотностью Земли 5,5 г / см3 показывает, что планета b имеет плотное ядро, в котором потенциально преобладает железо.  Средняя плотность планеты c согласуется с толстой водородно-гелиевой оболочкой.
 Планеты, HD 136352, охватывают известный разрыв по числу планет  с  1,5 - 2 Rземл., это различие свойств планет делает систему HD 136352 превосходной лабораторией для проверки причины  падения численности  таких планет.

[Dayan]

TESS обнаружена вторая планета в системе с известной планетой-гигантом, HD 86226.
TESS Reveals a Short-period Sub-Neptune Sibling (HD 86226c) to a Known Long-period Giant Planet

Открытие планеты-гиганта у звезды HD 86226 b методом лучевых скоростей было представлено американскими астрономами в 2010 году. Более позднее исследование привело к пересмотру параметров этой планеты. Из планеты-гиганта на вытянутой кометоподобной орбите она превратилась в аналога Юпитера на орбите с эксцентриситетом ~ 0.15. В новой статье с учётом дополнительных сведений также немного пересмотрены параметры HD 86226 b: в частности, авторы получили дополнительные спектры с помощью инструментов CORALIE и PFS, и нашли орбиту планеты ещё менее вытянутой. Параметры родительской звезды также были уточнены с включением данных Gaia.

HD 86226 (HIP 48739, TOI-652) является звездой спектрального класса G2 V (её блеск в V = 8.00^m), наблюдалась TESS в 9 секторе. Она имеет массу ~ 1.019 M⊙, радиус ~ 1.053 R⊙, Teff ≈ 5863 K, светимость составляет примерно 1.18 L⊙. Металличность HD 86226 сравнима с солнечной, возраст оценивается в 4.6 ^+3.7_−2.7 млрд лет.
Расстояние до системы составляет 45.57 ± 0.12 пк (или около 148.6 световых лет).

Сегодня система выглядит так:
Новооткрытая транзитная планета c обращается на компактной и слегка вытянутой орбите с периодом 3.984 суток (a ≈ 0.049 а.е., e ~ 0.075). Её масса оценивается в 7.25 ^+1.19_–1.12 M⊕, а радиус 2.16 ± 0.08 R⊕, что даёт среднюю плотность около 3.97 г/см³. В предположении нулевого альбедо Бонда равновесная температура оценивается в ~ 1311 K.
Скорее всего этот горячий мининептун не имеет больших количеств водорода и гелия, но доля воды может составлять 32 ⁺²¹_–17 % от полной массы планеты.
Планета-гигант b обращается по слегка вытянутой орбите с периодом 1628 ⁺²²₋₂₁ суток (a ≈ 2.73 а.е., e ~ 0.059). Её масса оценивается в 0.45 ^+0.04_−0.05 M_J. В предположении нулевого альбедо Бонда равновесная температура оценивается в ~ 176 K (температурный режим главного пояса астероидов Солнечной системы).
О поиске возможных транзитов этой планеты пока не может быть и речи, поскольку TESS наблюдал HD 86226 всего ~ 28 дней. Но вероятность транзитной конфигурации b чрезвычайно мала, даже если орбиты обеих планет практически компланарны (система выглядит невозмущённой, поэтому сворее всего так оно и есть).

[Dayan]

Надо добавить, что HD 86226 – перспективная система с точки зрения изучения атмосферы планеты c методом трансмиссионной спектроскопии, а также с точки зрения поиска возможных аналогов Земли: из-за недостаточной чувствительности современных спектрографов зона обитаемости сейчас выглядит пустой, во всяком случае очень массивных планет в ней нет.

[Dayan]

NASA сообщает, что 4 июля была завершена основная миссия TESS.
За два года работы аппарата его камерами покрыто около 75% площади всего неба. К настоящему моменту TESS обнаружено около 2200 планетных кандидатов, 66 из которых подтверждено.
Теперь TESS возвращается к наблюдению южного неба в рамках расширенной миссии. Команда TESS внесла улучшения в способ сбора и обработки данных: теперь камеры копят свет в течение 10 минут (во время основной миссии время накопления было 30 минут), а в коротком режиме – 20 секунд (против 2 минут для основной миссии).
Расширенная миссия завершится в сентябре 2022 года. После 10 месяцев наблюдений южного неба TESS потратит 15 месяцев на наблюдение северного, а также покроет участки вдоль эклиптики, которые аппарат ещё не наблюдал.