TESS - космический телескоп для поиска экзопланет

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве много статьей, посвященных экзопланетной тематике.

С помощью TESS открыли мини-нептун у солнцеподобной звезды HD 21520 (TOI-4320): https://arxiv.org/pdf/2406.09595
Вместо двух кандидатов с периодами  703.6 и 46.4 суток авторы нашли в этой системе единственную транзитную планету с периодом  25.1292 ± 0.0001 суток и радиусом 2.70 ± 0.09 радиусов Земли. Все полные транзиты на 4, 30 и 31 секторах вписываются в это решение, как и часть транзита на 3-м секторе.
Массу HD 21520 b измеряли с помощью ESPRESSO, получили формальное решение в 7.9 ± 3.2 масс Земли или верхний предел в 17.7 масс Земли. Планета вращается по близкой к круговой орбите на расстоянии 35.6 ± 1.2 звездных радиусов, ее эффективная температура 637 ± 13 К.
На диаграмме масса-радиус HD 21520 b лежит чуть выше линии водных планет. Это говорит о неизбежном наличии водородно-гелиевой атмосферы. Авторы говорят, что планета будет хорошей целью для JWST.

[vika vorobyeva]

Представлены два субсатурна, один горячий, второй очень горячий: https://arxiv.org/pdf/2406.12996

TOI-2374 b вращается вокруг оранжевого карлика спектрального класса K5 V, удаленного на 134.7 ± 0.9 пк. Масса звезды 0.75 ± 0.01 солнечных масс, радиус 0.69 ± 0.02 солнечных радиусов, светимость примерно в 4.4 раза меньше солнечной. Возраст системы оценивается в 4.1 ± 0.6 млрд. лет.
При радиусе 0.61 ± 0.03 радиусов Юпитера масса TOI-2374 b составляет 0.178 ± 0.014 масс Юпитера (56.6 ± 4.3 масс Земли), что приводит к средней плотности 0.98 ± 0.15 г/куб.см. Планета вращается на среднем расстоянии 0.0471 ± 0.0002 а.е. и делает один оборот за 4.31361 ± 0.00001 суток, ее эффективная температура (при нулевом альбедо) равна 885 ± 22 К.

TOI-3071 гораздо больше и горячее: ее спектральный класс F8 V, масса 1.29 ± 0.02 солнечных масс, радиус 1.31 ± 0.04 солнечных радиусов, светимость в 2.2 раза больше солнечной. Система удалена на 485 ± 9 пк. Звезда отличается резко повышенным содержанием тяжелых элементов – их в 2.24 раза больше, чем в составе Солнца.
При радиусе 0.64 ± 0.05 радиусов Юпитера масса планеты TOI-3071 b составляет 0.21 ± 0.01 радиусов Юпитера (средняя плотность 1.02 ± 0.26 г/куб.см). Орбитальный период планеты – 1.26694 суток, эффективная температура (при нулевом альбедо) – 2155 ± 40 К.

У обеих планет масса ядра превышает массу водородной оболочки, так что формально это нептуны.

[vika vorobyeva]

Представлен горячий тяжелый нептун TOI-3261 b из пустыни горячих нептунов: https://arxiv.org/pdf/2407.04225

Планета с ультракоротким периодом 0.88313 суток (21 час 12 минут) вращается вокруг раннего оранжевого карлика TOI-3261 светимостью 0.43 солнечных на расстоянии 4 звездных радиусов.
Масса планеты 30.3 ± 2.4 масс Земли, радиус 3.82 ^+0.42/_-0.35 радиусов Земли, средняя плотность 3.0 ^+1.1/_-0.8 г/куб.см, эффективная температура 1722 ± 26 К.

Авторы полагают, что планета сформировалась как легкий газовый гигант, но затем существенно "облетела" в процессе высокоэксцентричной миграции, превратившись в плотный тяжелый нептун.

[vika vorobyeva]

У молодой (17 млн. лет) звезды HIP 67522 (TOI-6551) открыта вторая планета: https://arxiv.org/pdf/2407.04763

Звезда еще не села на главную последовательность и продолжает сжиматься.
Напомню, что в 2020 году у нее обнаружили горячий юпитер с орбитальным периодом 6.96 суток, радиусом 10 радиусов Земли и массой не больше 5 масс Юпитера.
Планета b была открыта TESS по фотометрии, полученной на 11 секторе. С тех пор TESS пронаблюдала звезду на 38 и 64 секторах. Также звезду наблюдали наземными телескопами метрового класса. В итоге была обнаружена вторая транзитная планета c радиусом 0.73 ± 0.06 радиусов Юпитера с орбитальным периодом 14.335 суток. Планеты близки к орбитальному резонансу 2:1, их периоды относятся как 2.06.
Найти вторую планету было непросто. Звезду по молодости плющит и колбасит, колебания блеска, вызванные ее активностью, достигают 6%. Многие индивидуальные транзиты имеют сложную форму, вызванную пересечением черным кружком планеты темных и ярких пятен на диске звезды.
Эксцентриситеты орбит обеих планет низкие. Формальные верхние пределы составляют 0.36 и 0.39, но метод максимального правдоподобия дает величины 0.007 и 0.004 для планет b и c, соответственно. Судя по всему, система динамически холодная: орбита b наклонена к экватору звезды всего на 5°.

[vika vorobyeva]

Представлены два газовых гиганта у красных карликов TOI-762A и TIC 46432937: https://arxiv.org/pdf/2407.07187

TOI-762A – главный компонент широкой пары, удаленной от нас на 98.8 ± 0.2 пк. Масса звезды 0.44 солнечных, радиус 0.425 солнечных, светимость в 54 раза меньше солнечной, возраст 9.3 ± 5.5 млрд. лет. Повышенное содержание тяжелых элементов –  их в 2.3 раза больше, чем в составе Солнца. Второй компонент массой 0.23 солнечных удален на 3.2 угловые секунды (319 а.е. в проекции на небесную сферу).
TOI-762A b – очень теплый сатурн массой 0.25 ± 0.04 масс Юпитера, радиусом 0.74 ± 0.02 радиусов Юпитера с орбитальным периодом 3.47168 суток. Из-за низкой светимости звезды планета нагрета умеренно, ее эффективная температура 555 ± 7 К.

TIC 46432937 удалена на 90.6 ± 0.1 пк. Масса 0.56 солнечных, радиус 0.53 солнечных, светимость в 24.3 раза меньше солнечной, возраст 7.4 ± 5.1 млрд. лет. Тоже обогащена тяжелыми элементами – их в 2.1 раза больше, чем в составе Солнца.
TIC 46432937 b массивнее и горячее: его масса 3.2 ± 0.1 масс Юпитера, радиус 1.19 ± 0.03 радиусов Юпитера, орбитальный период 1.44045 суток, эффективная температура 872 ± 14 К. Транзит скользящий, но бОльшая часть планеты на диск звезды заходит, поэтому радиус оценили достаточно точно.
Для такой небольшой звезды масса планеты необычно велика. Впрочем, высокая металличность звезды благоприятствует образованию газовых гигантов.

[Programma.Boinc]

Найден ультрагорячий нептун
https://phys.org/news/2024-07-ultra-hot-neptune-sized-exoplanet.html

[Dayan]

Найден ультрагорячий нептун
https://phys.org/news/2024-07-ultra-hot-neptune-sized-exoplanet.html

Уже было. Чуть выше Ответ #702.

[Dayan]

На предстоящей Третьей научной конференции TESS, которая пройдёт в Кембридже с 29 июля по 2 августа, кажется, будет что-нибудь интересное. Просмотрев очень по диагонали основную программу, обращает внимание доклад об исследовании нептуна с единственным транзитом на 30-дневной орбите вокруг яркой солнцеподобной звезды HD 60779. Ещё мне показались интересными доклады с некоторыми результатами изучения атмосфер мининептунов и меньших планет с помощью JWST.
В программе постерных докладов обратил внимание на открытие транзитной планеты размером с Марс у M-карлика GJ 238, а также на результат измерения масс планет системы TOI-700 методом лучевых скоростей с помощью ESPRESSO.

[Dayan]

Интересная статья о зависимости частоты встречаемости короткопериодических суперземель (и мининептунов) от металличности родительских звёзд вышла сегодня в Архиве препринтов.
The First Evidence of a Host Star Metallicity Cut-off In The Formation of Super-Earth Planets

Хотя предыдущие исследования показали слабую корреляцию между частотой встречаемости относительно небольших планет (≤ 4 R⊕) и металличностью звёзд, до сих пор ни одно исследование не говорило о величине предела металличности, ниже которого, по прогнозам, образование планет подавлено. Предполагается, что звёзды с низким содержанием металлов имеют меньшую массу протопланетного диска и его более короткое время жизни, причём, вероятно, подавляется формирование как короткопериодических, так и долгопериодических планет крупнее Земли.

В новой статье авторы проанализировали ~ 110000 звёзд со спектроскопически-полученной металличностью в диапазоне –1 < [Fe/H] < –0.25 (т.е. с металличностями от 0.1 до 0.56 солнечной). Все эти звёзды наблюдались TESS, и авторы попытались обнаружить у них транзитные планеты с радиусами 1–3 R⊕ и периодами 1–10 суток, а также определить распространённость. Экстраполяция известных тенденций повышения частоты встречаемости с увеличением металличности для небольших короткопериодических планет предсказывает открытие около 68 суперземель вокруг 85000 звёзд с [Fe/H] ≤ –0.5 (т.е. до 0.32 солнечной), однако не было обнаружено ни одной! Тенденции частоты встречаемости планет у звёзд с металличностями [Fe/H] ≳ –0.5, вероятно, не могут быть распространены на звёзды с более низким содержанием металлов.

Авторы определяют предел частоты встречаемости короткопериодических суперземель вокруг звёзд с –0.75 ≤ [Fe/H] ≤ –0.5 как ≤ 1.67%.

На прикреплённой картинке показана модельная частота встречаемости короткопериодических суперземель по данным с Кеплера, K2 и TESS (фиолетовая штрихпунктирная линия). Тренд только по Кеплеру и K2 – жёлтая линия. В серой заштрихованной области данных недостаточно (с [Fe/H] < –0.75).
Порог металличности звёзд, ниже которого образование короткопериодических суперземель подавляется, составляет [Fe/H]_break = −0.31 ± 0.02 (или 0.49 солнечной) с неопределённостью 1σ. Однако, авторы подчёркивают, что результат не распространяется на суперземли с более длинными орбитальными периодами, и для изучения их частоты встречаемости потребуются данные с PLATO и телескопа Роман. Также это не относится к планетам с массами меньше массы Земли.

[vika vorobyeva]

Интересный результат!
Получается, у звезд гало и в шаровых скоплениях планет почти(?) нет. А вот в диске, и толстом, и тонком, их много.
Интересно было бы запустить обзорную транзитную миссию по мониторингу какого-нибудь шарового скопления. С высоким разрешением на матрице, чтобы с гарантией разрешить все звезды. И непрерывно наблюдать его хотя бы месяца три

[Dayan]

Интересный результат!
Получается, у звезд гало и в шаровых скоплениях планет почти(?) нет. А вот в диске, и толстом, и тонком, их много.

Посмотрел сейчас Экзопланетный архив НАСА. Есть уже довольно много известных планет в системах звёзд с [Fe/H] < –0.4 вплоть до [Fe/H] = –1.0. Открыты и суперземли, и мининептуны, и более крупные планеты у таких звёзд. В том числе от TESS. Странно, почему авторы сегодняшней статьи не включили их в своё исследование.
Надеюсь, что с планетами звёзд гало не всё так плохо. Особенно с околоземной массой. {И, следовательно, что не всё очень плохо с планетными системами эллиптических галактик.}

Интересно было бы запустить обзорную транзитную миссию по мониторингу какого-нибудь шарового скопления. С высоким разрешением на матрице, чтобы с гарантией разрешить все звезды. И непрерывно наблюдать его хотя бы месяца три

Интересно, какая доля звёзд шаровых скоплений имеет не такой уж высокий эксцентриситет (скажем, меньше 0.7) и большой или умеренный радиус орбит, т.е. не проходит сквозь самую плотную центральную область размером в несколько пк, таким образом, отсутствует большая вероятность дестабилизации планетных систем этих звёзд в пределах расстояния хотя бы нескольких а.е.? {У звёзд эллиптических галактик и гало спиральных с этим должно быть существенно лучше.}
В целом, кажется, шаровые скопления не очень хорошее место для поиска планет, хотя вроде бы уже находили планеты в таких скоплениях.

[vika vorobyeva]

Порылась в базе.
Да, планеты у звезд с низкой металличностью представлены в количестве.
Например, планета c у звезды Каптейна с периодом 121.5 суток и минимальной массой 7 масс Земли. А ведь звезда Каптейна относится к гало, ее металличность -0.89!
Ладно, можно придраться, что Kapteyn c открыта методом лучевых скоростей, а значит, ненадежна.
Вот мини-нептун K2-180 b, металличность родительской звезды оценивается от -0.50 ± 0.07 до -0.65 ± 0.10.
Горячий юпитер WASP-98 b, металличность звезды от -0.49 ± 0.10 до -0.60 ± 0.19.
Пять планет у звезды Kepler-444 металличностью от -0.37 ± 0.10 до -0.55 ± 0.07.
Это я еще не включала в список RV-планеты, а их тоже немало.
В целом, проблема сложная, потому что и металличность звезды может быть определена с ошибками, и планеты могут быть не слишком надежными. Так, я не нашла в базе НАСА WASP-112 b, ее закрыли? В целом видно, что планеты у звезд с металличностью около -0.5 явно имеются.

На этом заканчиваю оффтопить.

[Olweg]

Например, планета c у звезды Каптейна с периодом 121.5 суток и минимальной массой 7 масс Земли. А ведь звезда Каптейна относится к гало, ее металличность -0.89!
Ладно, можно придраться, что Kapteyn c открыта методом лучевых скоростей, а значит, ненадежна.

Увы, но да - обе планеты у Каптейна «закрыты».

[Dayan]

Порылась в базе.
Да, планеты у звезд с низкой металличностью представлены в количестве.
Например, планета c у звезды Каптейна с периодом 121.5 суток и минимальной массой 7 масс Земли. А ведь звезда Каптейна относится к гало, ее металличность -0.89!
Ладно, можно придраться, что Kapteyn c открыта методом лучевых скоростей, а значит, ненадежна.
Вот мини-нептун K2-180 b, металличность родительской звезды оценивается от -0.50 ± 0.07 до -0.65 ± 0.10.
Горячий юпитер WASP-98 b, металличность звезды от -0.49 ± 0.10 до -0.60 ± 0.19.
Пять планет у звезды Kepler-444 металличностью от -0.37 ± 0.10 до -0.55 ± 0.07.

Ещё K2-344 b, Kepler-1880 b, TOI-672 b, TOI-2018 b и т.д.

Так, я не нашла в базе НАСА WASP-112 b, ее закрыли?

Да вроде нет, во всяком случае, не удалось найти статью о закрытии. Каталог НАСА обновляется не слишком часто, возможно они что-то пропустили. Или по каким-то своим соображениям не включили в каталог. Кстати, планета звезды Каптейна у них есть, правда только одна – c. Увы, я не первый раз вижу, что статьи с закрытиями планет они иногда игнорируют.

[Dayan]

В Архиве вышла статья об открытии дополнительных транзитных планетных кандидатов сразу в 3 системах с известными горячими юпитерами и нептуном, и одного нового кандидата в системе с известной суперземлёй на ультракороткой орбите.
The SHERLOCK pipeline: new exoplanet candidates in the WASP-16, HAT-P-27, HAT-P-26, and TOI-2411 systems

Группа астрономов из Европы, Канады и США разработала инструмент SHERLOCK – комплексное общедоступное программное обеспечение, которое позволяет исследовать данные с космических миссий, таких как TESS или Kepler, в том числе с целью поиска новых кандидатов в планеты, которые оставались незамеченными предыдущими программными алгоритмами.
SHERLOCK показал хорошую производительность, "переоткрыв" 98% известных TOI-кандидатов. В дополнение к этому, удалось открыть четыре новых планетарных кандидата в системах WASP-16, HAT-P-27, HAT-P-26 и TOI-2411.

WASP-16 – солнцеподобная звезда с Teff ≈ 5700 K, массой ~ 1.022 M⊙, радиусом ~ 0.946 R⊙ и светимостью около 0.85 солнечной. У неё с 2009 года известен горячий юпитер, обращающийся по орбите с периодом 3.1186 сут, имеющий массу ~ 0.855 M_Jup и радиус ~ 1.008 R_Jup.
Теперь у WASP-16 обнаружен и кандидат в мининептуны с радиусом 2.20 ± 0.23 R⊕, обращающийся на внешней орбите с периодом около 10.457 сут. Равновесная температура оценивается в ~ 810 K.

HAT-P-27 – звезда спектрального класса G8 V с Teff ≈ 5250 K, массой ~ 0.94 M⊙, радиусом ~ 0.90 R⊙ и светимостью около 0.55 солнечной. У неё с 2011 года известен горячий юпитер, обращающийся по орбите с периодом 3.0396 сут, имеющий массу ~ 0.66 M_Jup и радиус ~ 1.055 R_Jup.
Теперь у HAT-P-27 обнаружен и кандидат в нептуны с радиусом 4.33 ± 0.44 R⊕, обращающийся на внутренней орбите с периодом около 1.1994 сут. Равновесная температура ~ 1426 K.

HAT-P-26 – звезда спектрального класса K1 V с Teff ≈ 5079 K, массой ~ 0.82 M⊙, радиусом ~ 0.79 R⊙ и светимостью около 0.372 солнечной. У неё с 2010 года известен горячий нептун, обращающийся по орбите с периодом 4.2345 сут, имеющий массу ~ 0.059 M_Jup и радиус ~ 0.565 R_Jup.
Теперь у HAT-P-26 обнаружен и кандидат в мининептуны с радиусом 1.97±0.20 R⊕, обращающийся на внешней орбите с периодом около 6.594 сут. Равновесная температура ~ 785 K.

TOI-2411 – звезда спектрального класса K7 V с Teff ≈ 4099 K, массой ~ 0.65 M⊙, радиусом ~ 0.68 R⊙ и светимостью около 0.118 солнечной. У неё с 2022 года известна суперземля, обращающаяся по орбите с периодом 0.7827 сут, имеющая радиус ~ 1.68 R⊕.
Теперь у TOI-2411 обнаружен и кандидат в мининептуны с радиусом 2.88 ± 0.15 R⊕, обращающийся на внешней орбите с периодом около 18.750 сут. Равновесная температура ~ 430 K.

На картинке показана архитектура систем WASP-16, HAT-P-27, HAT-P-26 и TOI-2411. Новооткрытые кандидаты выделены серым ореолом.

[Dayan]

В программе постерных докладов обратил внимание на открытие транзитной планеты размером с Марс у M-карлика GJ 238

Сегодня статья вышла в Архиве.
GJ 238 b: A 0.57 Earth Radius Planet Orbiting an M2.5 Dwarf Star at 15.2 pc

GJ 238 (TOI-486) находится на южном небе (созвездие Живописца), наблюдалась TESS в общей сложности на 25 секторах: на 1–6, 8–13, 27–39 секторах. Транзитный кандидат прошёл процедуру статистической валидации. Измерение лучевых скоростей GJ 238 проводилось с помощью HARPS в 2008–2012 годах, но поскольку было получено всего 8 точек RV, то об измерении массы планеты речи пока не идёт (и будет ли это вообще возможно в обозримое время с имеющимися инструментами – под вопросом, т.к. масса планеты мала).

GJ 238 является звездой спектрального класса M2.5 V, блеск в диапазоне V = 11.57^m. Она имеет массу ~ 0.419 M⊙, радиус ~ 0.431 R⊙, Teff ≈ 3485 K, светимость ~ 0.0242 солнечной. Металличность звезды превышает солнечную в ~ 1.41 раза.
Расстояние до системы 15.2156 ± 0.0030 пк (или около 49.6 светового года).

Планета GJ 238 b обращается по орбите с периодом 1.7447 суток и большой полуосью ~ 0.02123 а.е. Её радиус составляет 0.566 ± 0.014 R⊕, что всего на ~ 6.4% больше радиуса Марса. В предположении нулевого альбедо и равномерного распределения тепла равновесная температура оценивается в 758 ⁺¹⁶_–15 K.

Интересно, что на секторе 2 обнаружен транзитоподобный сигнал, не принадлежащий планете b. Если он вызван планетой, а не является остаточной систематической ошибкой, то её радиус составляет около 3.6 R⊕, а орбитальный период должен быть большим, так как GJ 238 довольно долго наблюдалась TESS, а длительность "транзита" превышает 1 сутки.

[vika vorobyeva]

Также сегодня в Архиве вышла статья об открытии еще одной транзитной (и, что интересно, внутренней) планеты в системе TOI-1408:
https://arxiv.org/pdf/2407.17798

Первая планета – горячий юпитер TOI-1408 b с орбитальным периодом 4.425 суток, массой 1.7 ± 0.2 масс Юпитера и эксцентриситетом 0.26 ± 0.03 – была представлена почти год назад, в сентябре 2023 года. Из-за того, что транзит является скользящим, радиус планеты определен плохо: он очевидно больше 1 радиуса Юпитера, но вряд ли превышает 2 радиуса Юпитера.
Новая планета TOI-1408 c находится в резонансе 2:1 с первой. При радиусе 2.22 ± 0.06 радиусов Земли ее масса достигает 7.6 ± 0.2 масс Земли, что соответствует средней плотности 3.8 ± 0.3 г/куб.см. Орбитальный период планеты c – 2.1664 ± 0.0001 суток, большая полуось орбиты 0.03587 ± 0.00008 а.е. (5.04 звездных радиусов). Интересно, что в новой двухпланетной модели эксцентриситет орбиты внешней планеты упал почти до нуля (e = 0.0023 ± 0.0005), а ее масса была уточнена до 1.846 ± 0.009 масс Юпитера.
Обе планеты сильно взаимодействуют друг с другом, что приводит к заметным вариациям времени наступления транзитов. Амплитуда TTV достигает 15% от ее орбитального периода! Массу планеты c измеряли с помощью общей фотодинамической модели, которая включала как транзиты, так и измерения лучевой скорости звезды.
Помимо всего прочего, лучевая скорость звезды демонстрирует дополнительный нелинейный дрейф, соответствующий коричневому карлику с периодом ~7 лет и минимальной массой ~14.6 масс Юпитера. Однако авторы пишут, что имеющихся измерений слишком мало, чтобы точно определить его параметры, и надо продолжать мониторинг лучевой скорости. Данные "Гайи", полученные за 34 месяца, также говорят о небольшом ускорении звезды, вызванном внешним компаньоном, но и тут данных недостаточно, чтобы точно очертить его орбиту. Тут авторы возлагают надежды на будущий релиз данных "Гайи" DR5.
Наличие небольших планет внутри орбиты горячего юпитера – большая редкость, их известно всего несколько штук.