TESS - космический телескоп для поиска экзопланет

[vika vorobyeva]

Прошла валидацию 3-я планета у красного карлика LHS 1678 (TOI-696): https://arxiv.org/pdf/2403.00110.pdf
Ранее эта планета имела статус не подтвержденной.
Орбитальный период новой планеты оценивается в 4.965 суток, радиус 0.98 ± 0.07 радиусов Земли, освещенность ~9 земных, орбита близка к круговой.
Вероятность ложнопозитива (не планетной природы транзитного кандидата) ~ 1.75·10^-3.

[vika vorobyeva]

Измерена масса мини-нептуна TOI-1778 b (HD 77946 b): https://arxiv.org/pdf/2403.04464.pdf

Масса оказалась равной 8.4 ± 1.3 масс Земли, что при радиусе 2.71 ± 0.08 радиусов Земли приводит к средней плотности 2.32 ± 0.44 г/куб.см. Планета вращается вокруг яркой F-звезды (масса 1.17 солнечных масс, радиус 1.31 солнечных радиусов) на среднем расстоянии 12 звездных радиусов (0.072 а.е.), при этом эксцентриситет ее орбиты явно ненулевой (e = 0.23 ± 0.08). Эффективная температура 1248 ± 40 К.
На диаграмме Масса – Радиус планета лежит выше линии воды, это значит, у нее должна быть водородно-гелиевая атмосфера. Однако масса этой атмосферы над железокаменным ядром составляет 1-2% (при этом прибавляет четверть радиуса). Наличие водной мантии также не исключено.
К сожалению, метрика трансмиссионного спектра у TOI-1778 b около 60, что меньше рекомендованного порога для JWST (90). Т.е. в списке приоритетных целей ее не будет.

[Dayan]

Открыта TOI-1420b,  транзитная  планета с исключительно низкой плотностью (ρ=0.08±0.02 г/см3)

https://arxiv.org/abs/2309.09945

Планета обращается вокруг позднего желтого карлика  G -класса с периодом  6.96 сут. по орбите с большй полуосью  0.0710 а. е. (10,58 млн км) и эксцентриситетом  < 0.17, равновесная температура 957 ± 17 K

 Используя наблюдения транзита с TESS, а также измерения   радиальной скорости с HARPS-N и NEID,  обнаружено, что планета имеет радиус Rp = (11.9 ± 0.3) R Земл. и  и массу Mp = 25.1 ± 3.8  M земл.
TOI-1420b — крупнейшая из известных планет с массой менее 50 M Земл., что указывает на то, что она содержит значительную оболочку из водорода и гелия.
Массовая доля водородно- гелиевой оболочки равняется  82(+7/–6) %,  это означает что аккреция водорода - гелия произошла когда ядро протопланеты  было    не более чем в 4–5 больше  массы Земли.
Такое возможно если  в свободных от пыли участках диска, т.е. там, где непрозрачность низкая,  ядро  небольшой массы может быстро остыть и начаться аккрециря газа на ядро и затем планета может мигрировать к нынешней орбите.

 TOI-1420b похожа на планету WASP-107b по массе, радиусу, плотности и периоду обращения, поэтому сравнение этих двух систем может помочь выявить происхождение близких планет с низкой плотностью. TOI-1420b с высотой в масштабе атмосферы 1950 км, показателем спектроскопии пропускания 580 и прогнозируемой амплитудой Росситера-Маклафлина около 17 м/ сек.  является отличной целью для будущих исследований атмосферы  и динамических характеристик.

Сегодня вышла статья о регистрации линии гелия в атмосфере сверхраздутой планеты TOI-1420 b:
Helium in the Extended Atmosphere of the Warm Super-Puff TOI-1420b

Авторы пронаблюдали один полный и один частичный транзиты TOI-1420 b с помощью метастабильного гелиевого фильтра (центрирован на длину волны ~ 1083 нм) на инструменте WIRC 5.1-м телескопа Паломарской обсерватории. Транзит в линии гелия оказывается на 0.671 ± 0.079% более глубоким, чем транзиты TESS с достоверностью 8.5σ, что указывает на истечение вещества из атмосферы. Кривая блеска является симметричной, что говорит о недостаточной силе звёздного ветра родительской звезды (т.е. её довольно низкой активности), чтобы сформировать вытекающее вещество в заметный хвост, похожий на кометный.
Для определения скорости истечения была использована трёхмерная модель с учётом XUV-спектра родительской звезды и различных предположений о величине её активности. Скорость потерь оказалась равной примерно 6.6 · 10⁷ кг/с (или ~ 0.35 M⊕ за 1 млрд лет) – это достаточно скромная величина, и время полной потери атмосферы с текущими темпами составляет ~ 70 млрд лет. Аналогичная ситуация существует и с другой сверхраздутой планетой WASP-107 b, имеющей время потерь около 30 млрд лет.
Эти наблюдения подтверждают, что массивные (больше 10 M⊕) сверхраздутые планеты вполне способны удерживать атмосферу в течение очень длительного времени, в случае с G-звёздами даже пережить стадию главной последовательности родительской звезды.

[Скеп-тик]

что массивные (больше 10 M⊕) сверхраздутые планеты вполне способны удерживать атмосферу в течение очень длительного времени, в случае с G-звёздами даже пережить стадию главной последовательности родительской звезды.

Что-то не вериться, что раздутая атмосфера планеты, на расстоянии 10,5 млн км от ЦЕНТРА звезды,  выдержит 1 млн лет внутри красного гиганта. Как и сама планета. Всё-таки, это полмиллиона градусов.

[Olweg]

Стадию красного гиганта атмосфера, конечно, не переживёт. Речь идёт, видимо, о стадии субгиганта.

[vika vorobyeva]

В компанию к TOI-1420 b представлена планета TOI-1173A b – то ли раздутый нептун, то ли легкий газовый гигант:
https://arxiv.org/pdf/2403.06240.pdf

Масса планеты 26.1 ± 1.9 масс Земли, радиус 8.1 ± 0.2 радиусов Земли, средняя плотность 0.27 ± 0.03 г/куб.см. Вращается вокруг звезды позднего G-класса на среднем расстоянии 0.07 а.е., орбитальный период 7.0639 ± 0.0003 суток. Эффективная температура 864 ± 10 К.

Система достаточно старая: возраст 8.7 ± 2 млрд. лет. Родительская звезда входит в состав широкой пары. Компаньон находится на расстоянии ~11400 а.е. и на планету почти не влияет.

[Mercury127]

"с исключительно низкой плотностью (ρ=0.08±0.02 г/см3)"

имхо, это просто глюк. со временем либо радиус уменьшат до типичного нептуна, либо массу увеличат до типичного юпитера.

[Dayan]

Что-то не вериться, что раздутая атмосфера планеты, на расстоянии 10,5 млн км от ЦЕНТРА звезды,  выдержит 1 млн лет внутри красного гиганта. Как и сама планета. Всё-таки, это полмиллиона градусов.

Ясно же сказано про стадию главной последовательности.

имхо, это просто глюк. со временем либо радиус уменьшат до типичного нептуна, либо массу увеличат до типичного юпитера.

Нет. В новой статье подтверждают радиус. Массу измерили с погрешностью около 15% на HARPS-N, так что сильно не изменится.

[Dayan]

В Архиве вышла статья об открытии транзитного мининептуна в системе красного карлика TOI-4438.
TOI-4438 b: a transiting mini-Neptune amenable to atmospheric characterization

TOI-4438 (LHS 3350) находится на северном небе (созвездие Геркулеса), и наблюдалась TESS в 40, 52 и 53 секторах. Дополнительно три полезных транзита планетного кандидата были получены с помощью 1.5-м телескопа обсерватории Тейде. 34 спектра высокого разрешения для измерения лучевых скоростей получены CARMENES.

TOI-4438 является звездой спектрального класса M3.5 V (блеск в диапазоне Gaia G = 12.50^m, в диапазоне J = 9.7^m), имеет массу ~ 0.368 M⊙, радиус ~ 0.372 R⊙, Teff ≈ 3422 K, светимость примерно 0.0171 солнечной. Содержание железа составляет ~ 0.65 солнечной. Возраст оценивается в 5.1 ± 2.8 млрд лет.
Расстояние до системы составляет 30.062 ± 0.014 пк (или около 98 световых лет).

Планета TOI-4438 b обращается по несколько эллиптичной орбите (e = 0.14 ± 0.09) с периодом 7.4463 суток и большой полуосью ~ 0.0534 а.е. При радиусе 2.52 ± 0.13 R⊕ её масса составила 5.4 ± 1.1 M⊕, что приводит к средней плотности 1.85 ^+0.51_–0.44 г/см³. Инсоляция на планете сравнима с инсоляцией на Меркурии, ~ 6.0 земной. В предположении нулевого альбедо равновесная температура 435 ± 15 K.

В предположении отсутствия заметного количества водорода массовая доля воды в составе планеты оценивается как минимум в 46%, но, вероятно, водород всё же присутствует в смеси с водой, метаном и т.д. Принимая также во внимание низкий уровень активности родительской звезды, TOI-4438 b является хорошей целью для исследования атмосферы с JWST (метрика трасмиссионной спектроскопии, TSM, 136 ± 13).

[vika vorobyeva]

Представлен транзитный газовый гигант на сравнительно широкой 98.3-дневной орбите TOI-4862 b (NGTS-30 b):
https://arxiv.org/pdf/2404.02974.pdf

Поскольку вероятность транзитной конфигурации быстро падает с увеличением расстояния между планетой и звездой, долгопериодические транзитные планеты редки и потому ценны. Еще имеет значение время непрерывных наблюдений – чтобы гарантированно увидеть транзит, нужно наблюдать звезду в течение полного орбитального периода. Поскольку TESS наблюдает один сектор 27 дней, в областях, далеких от полюсов эклиптики, ловить долгопериодические планеты сложно. Впрочем, иногда исследователям везет, и они наблюдают единичный транзит, который становится спусковым крючком для дальнейших интенсивных наблюдений.
Звезда TOI-4862 наблюдалась на 9, 36 и 63 секторах TESS. На 36 секторе на кривой блеска прорисовалось единственное транзитное событие глубиной чуть больше 1%. Глубина транзита соответствовала планете газовому гиганту. Транзиты такой глубины спокойно наблюдаются с Земли, поэтому авторы подняли архивные данные наземного транзитного обзора NGTS и нашли там начало еще одного транзита. Чтобы окончательно определить орбитальный период TOI-4862 b, в предполагаемое время следующего транзита (27-28 февраля 2024 года) они пронаблюдали звезду с помощью камеры EulerCam, установленной на 1.2-метровом телескопе им. Леонарда Эйлера в Ла Силья.
Орбитальный период оказался равным 98.2984 ± 0.0001 суток. Радиус планеты – 0.93 ± 0.03 радиусов Юпитера.
Лучевые скорости звезды измеряли целой кучей спектрографов, начиная с CORALIE и кончая HARPS. Масса планеты оказалась равной 0.96 ± 0.06 масс Юпитера. Гигант вращается по эксцентричной орбите с большой полуосью 0.41 ± 0.02 а.е. и эксцентриситетом 0.294 ± 0.014, поэтому ее эффективная температура меняется от ~500 К в перицентре до ~274 К в апоцентре.
Родительская звезда – молодая (1.1 ± 0.4 млрд. лет) солнцеподобная звезда позднего G класса, удаленная на 233.9 ± 1.2 пк.

[vika vorobyeva]

Прелюбопытная статья вышла сегодня в Архиве: https://arxiv.org/pdf/2404.11666.pdf
Авторы использовали данные TESS для поисков свободно плавающих планет методом гравитационного микролинзирования. Они взяли фотометрию 61 сектора TESS (1.286 млн. звезд) и стали искать на кривых блеска характерные колоколообразные эпизоды усиления яркости, которые могли быть вызваны микролинзированием на небольших планетах. Конечно, не вручную – был создан алгоритм, отбрасывающий повторяющиеся, не симметричные и прочие не подходящие эпизоды, например, следы пролетов астероидов. В итоге осталось два кандидата, TIC 123147666 и TIC 107150013. У первого нашли эпизоды усиления блеска на других секторах - скорее всего, это двойная звезда, компоненты которой находятся на резко эксцентричной орбите и приливно взаимодействуют в перицентре, т.е. это тоже ложнопозитив. А вот TIC 107150013 оказался хорошим кандидатом. По данным "Гайи", это одиночная звезда без астрометрического шума, по данным TESS ее уровень активности невысок, единственный пик на кривой блеска имеет высокое отношение сигнала к шуму.
TIC 107150013 (+14.92 звездной величины в полосе V) удалена на 3.19 ± 0.15 кпк, это красный гигант радиусом 12.9 ^+1.0/_-1.5 радиусов Солнца. Кривой блеска соответствует масса планеты 2-7 масс Земли, расстояние до планеты 2.0 ± 0.3 кпк (вероятнее всего), 1-3 масс Юпитера, если планета находится недалеко от красного гиганта (расстояние до нее больше 3.1 кпк) и масса меньше массы Земли, если планета плавает недалеко от нас.

Авторы согласны с тем, что это всего лишь кандидат, но подчеркивают важность анализа данных TESS на предмет поиска других событий микролинзирования. Сами они собираются прошерстить своим алгоритмом остальные сектора.

[Foma]

А вот TIC 107150013 оказался хорошим кандидатом. По данным "Гайи", это одиночная звезда без астрометрического шума, по данным TESS ее уровень активности невысок, единственный пик на кривой блеска имеет высокое отношение сигнала к шуму.
TIC 107150013 (+14.92 звездной величины в полосе V) удалена на 3.19 ± 0.15 кпк, это красный гигант радиусом 12.9 ^+1.0/_-1.5 радиусов Солнца. Кривой блеска соответствует масса планеты 2-7 масс Земли, расстояние до планеты 2.0 ± 0.3 кпк (вероятнее всего), 1-3 масс Юпитера, если планета находится недалеко от красного гиганта (расстояние до нее больше 3.1 кпк) и масса меньше массы Земли, если планета плавает недалеко от нас.

Авторы согласны с тем, что это всего лишь кандидат, но подчеркивают важность анализа данных TESS на предмет поиска других событий микролинзирования. Сами они собираются прошерстить своим алгоритмом остальные сектора.

Интересный заход.
Проблема только в том, что TIC 107150013 - не единственный возможный кандидат. У TESS не очень хорошее угловое разрешение, 21'' на пиксель, поэтому в данной кривой блеска поучаствовало минимум 5 звезд, из которых TIC 107150013 - просто самая яркая. Это могло быть и линзирование или просто такая вот вспышка слабой фоновой звезды - правды мы теперь не узнаем никогда.
Чтобы таких ситуаций не возникало, в серьезных микролинзовых обзорах используют довольно серьезные апертуры. В OGLE это 1.3 метровый телескоп обсерватории Las Campanas, в MOA - 1.8 метровый рефлектор в Маунт Джон. У них PSF<1'' и то каждое событие имеет не одну интерпретацию.

[vika vorobyeva]

Проблема только в том, что TIC 107150013 - не единственный возможный кандидат. У TESS не очень хорошее угловое разрешение, 21'' на пиксель, поэтому в данной кривой блеска поучаствовало минимум 5 звезд, из которых TIC 107150013 - просто самая яркая.

Да, это изрядная ложка дегтя
Люди периодически пытаются забивать гвозди половником (использовать инструмент, заточенный на решение одной задачи, для решения других задач), и иногда это даже получается, но не в этом случае. В моменте можно было бы оповестить другие телескопы и независимо пронаблюдать это событие микролинзирования, но постфактум уже ничего не сделаешь.

[vika vorobyeva]

Представлен мини-нептун TOI-4336 A b у внутреннего края обитаемой зоны: https://arxiv.org/pdf/2404.12722.pdf

Планета радиусом 2.12 ± 0.09 радиусов Земли вращается с периодом 16.336 суток вокруг главной звезды тройной иерархической звездной системы TOI-4336 (TIC 166184428 + TIC 166184426 + TIC 166184390), расположенной на расстоянии 22.45 ± 0.02 пк. Большая полуось орбиты планеты – 0.0872 ± 0.0014 а.е., эффективная температура 308 ± 9 К. Это еще не потенциально обитаемая планета, но нечто к ней близкое, чем и интересно.
Родительская звезда – красный карлик M3.5 V класса массой 0.331 ± 0.015 солнечных масс, радиусом 0.33 ± 0.01 солнечных радиусов и светимостью в 88 раз меньше солнечной. На расстоянии 6.25 угловых секунд (140 а.е. в проекции на небесную сферу) располагается компаньон B (практически близнец компаньона A), а на расстоянии 98.44 угловых секунд (2900 а.е. в проекции на небесную сферу) – компаньон C спектрального класса M4 V. Возраст системы оценивается в 6.7 ^+2.7/_-3.1 млрд. лет.

Масса планеты пока неизвестна. Из эмпирических соотношений масса-радиус ее оценили в 5.4 ^+4.1/_-2.2 масс Земли. Амплитуда колебаний лучевой скорости ожидается равной 2.9 ± 1.6 м/с, что доступно ESPRESSO.

Как пишут авторы, TOI-4336 A b будет прекрасной целью для JWST.

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве вышла статья, посвященная очень необычной планете – компактному газовому гиганту у молодой звезды TOI-837:
https://arxiv.org/pdf/2404.13750.pdf

При массе 0.40 ± 0.07 масс Юпитера радиус TOI-837 b всего 0.82 ± 0.03 радиуса Юпитера, и это при том, что:
1. Звезда молодая (35 ⁺⁷/_-4 млн. лет),
2. Планета горячая (эффективная температура 998 ± 21 К).
Масса ядра из тяжелых элементов достигает 70 масс Земли или 60% полной массы планеты, так что по химическому составу это не газовый гигант, а скорее очень тяжелый нептун. Как такая планета могла образоваться у такой молодой звезды – большой вопрос.

Родительская звезда – молодая солнцеподобная звезда спектрального класса F9/G0 и светимостью ~1.34 солнечных, удаленная от нас на 142.74 ± 0.25 пк.

[vika vorobyeva]

Авторы использовали данные TESS для поисков свободно плавающих планет методом гравитационного микролинзирования. ... А вот TIC 107150013 оказался хорошим кандидатом.

Сегодня в Архиве вышла заметка Пржемека Мроза (Przemek Mróz) о кандидате TIC 107150013. Чувак поднял архивные данные обзора OGLE, в которых наблюдалась в том числе и эта звезда, и показал, что зарегистрированный пик с очень большой вероятностью является звездной вспышкой, а не микролинзированием на свободно плавающей планете:
https://arxiv.org/pdf/2404.16480
TIC 107150013 испытывает вариации блеска с амплитудой почти 0.05 звездных величины с периодом 42.37 суток, скорее всего вызванным вращением вокруг своей оси и наличием пятен. Также в фотометрии 79 звезд, полученной OGLE, найдено два пика, по амплитуде, продолжительности и форме очень похожих на подозрительный пик, зафиксированный TESS. Кроме того, Мроз оценил вероятность события микролинзирования в направлении на звезду TIC 107150013 в 0.006. Напрашивается вывод (и Мроз его делает), что никакой свободноплавающей планеты тут нет, а есть вспышка активной звезды.

Такие вспышки (короткие слабые симметричные усиления блеска) могут быть заметным источником ложнопозитивов в будущих масштабных микролинзовых обзорах, например, телескопа им. Нэнси Роман (WFIRST).

[Olweg]

Да, действительно не стоит забивать гвозди микроскопом. Лучше подождать запуска того же телескопа Роман.