Kepler - космический телескоп для поиска планет

[Dayan]

В другой статье, которая вышла сегодня, сообщается об измерении масс планет в системе HD 106315 с помощью HARPS: Precise masses for the transiting planetary system HD 106315 with HARPS.
Это довольно яркая звезда класса F5V (её V = 9.0^m). Напомню, что миссией "K2" у неё были обнаружены две транзитные планеты. Орбитальные периоды планет b и c соответственно составляют 9.55 и 21.06 суток.
Авторам новой статьи также удалось пронаблюдать частичный транзит второй планеты на наземном 1-м телескопе LCO (обсерватория CTIO, Чили).
Масса HD 106315 b оказывается равной 12.6 ± 3.2 массы Земли, что при радиусе 2.44 ± 0.17 радиуса Земли даёт среднюю плотность 4.7 ± 1.7 г/см³.
Масса второй планеты, HD 106315 c, оказывается довольно близкой к массе первой планеты – 15.2 ± 3.7 массы Земли, однако её радиус заметно больше, 4.35 ± 0.23 радиуса Земли, что ведёт к средней плотности 1.01 ± 0.29 г/см³.
Очевидно вторая планета содержит в своём составе большую долю летучих веществ, чем первая (воды, гелия-водорода).
Интересное различие у двух соседних планет в одной системе.

В новой статье, вышедшей сегодня, представлен трансмиссионный спектр планеты HD 106315 c, построенный на основе наблюдений транзитов телескопами Хаббла, Кеплера (K2) и Спитцера.
Tentative Evidence for Water Vapor in the Atmosphere of the Neptune-Size Exoplanet HD 106315 c

Предварительный вывод такой – спектр с Хаббла в диапазоне 1.1–1.7 мкм демонстрирует наличие водяного пара в атмосфере HD 106315 c (с высотой всего в ~ 0.8 от высоты однородной водородно-гелиевой атмосферы). Безоблачная атмосфера с солнечным составом исключается с доверительной вероятностью больше 5σ. Спектр хорошо подходит к моделям с умеренной эффективностью образования облаков или туманов в широком диапазоне металличностей (1–100 солнечных).
Также авторы объединили ограничения на общий состав планеты и её внутреннюю структуру. Они оценили, что массовая доля ядра из тяжёлых веществ, льда и/или камня, превышает 0.3 массы планеты. Обладая составом, вероятно напоминающим Уран или Нептун, HD 106315 c в отличие от них обращается на расстоянии всего ~ 0.154 а.е. от своей звезды. Как пишут авторы, это намекает на то, что планеты могут формироваться из сходного материала, а затем выходить на совершенно разные орбиты.

[an]

Возможность обнаружения спутников экзопланет продолжает вызывать интерес.     Находившаяся ранее  в статусе возможного кандидата Кеплер - 1625 отставлена, но усилия по обнаружению экзолун не прекращаются.
В работе
https://arxiv.org/abs/2006.12997

обсуждается возможность обнаружения естественных спутников экзопланет через наблюдения их таймингов транзитов. 

Вращение спутника и планеты вокуруг общего центра масс приводит к тому что время наступления транзита колеблется с некоторым интервалом. Например при наблюдении  прохождения Земли  по диску Солнца,  изменение врмени транзита  составляет  2,6 минуты. 

В статье  исследуется  восемь систем из набора данных Кеплера, чтобы проверить  гипотезу экзолун как объяснение  изменений времени прохождения по диску своих звезд, которые  сравниваются  с альтернативной гипотезой, что TTV (тайминг транзита )  вызваны нетранзитной планетой в системе.

Это системы  KOI268.01, спектральный класс F7;  Kepler 517b  G6V;   Kepler 867b  G3;  Kepler 1000b F6IV;  Kepler409b K0     
Kepler 1036b  G5;     Kepler  1326b  F4IV;   и   Kepler 1442b   F7;

Вывод:  TTV шести из этих систем могли бы быть правдоподобно объяснены экзолунами  сравнительно небольшого размера, уровень затмений от которых не был бы обнаружен Кеплером, хотя это может быть объяснено и традиционным образом, как влияние нетранзитной планеты.

Эти системы требуют дальнейшего наблюдения и анализа.

[Olweg]

Стоит заметить, что авторы учитывали стабильность экзолунных орбит в своих расчётах - брали критерий 0.3 радиуса Хилла (для проградной орбиты).

[Dayan]

У солнцеподобной звезды Kepler-160 открыта третья транзитная планета. Она расположена в зоне обитаемости.
Transit least-squares survey – III. A 1.9R⊕ transit candidate in the habitable zone of Kepler-160 and a nontransiting planet characterized by transit-timing variations.

Не успела эта статья выйти, как другая группа (из США) уже провела поиск искусственных сигналов из системы Kepler-160 в рамках программы "Breakthrough Listen".
Breakthrough Listen Search for Technosignatures Towards the Kepler-160 System

Для этого использовался радиотелескоп Грин-Бэнк (NRAO, Западная Виргиния). Поиск производился 14 июня и был нацелен на узкополосные (~ 2.79 Гц) дрейфующие и пульсирующие широкополосные сигналы искусственного происхождения (техносигнатуры) в диапазоне 1–8 ГГц. Всего 18 наблюдений.
Естественно, ничего обнаружено не было: не было найдено ни одного кандидата с мощностью выше 5.9·10¹⁴ Вт для узкополосного и 7.3·10¹² Вт для широкополосного излучения (в предположении его изотропного характера).

[vika vorobyeva]

Вчера в Архиве вышла статья о независимом подтверждении и получении точных характеристик легкого газового гиганта K2-280 b:
https://arxiv.org/pdf/2007.07939.pdf

"Кеплер" обнаружил транзитный кандидат в рамках 7 наблюдательной кампании расширенной миссии К2. Массу измерили методом лучевых скоростей. Планета оказалась легким газовым гигантом: масса 37.1 ± 5.6 масс Земли, радиус 7.5 ± 0.44 радиусов Земли, средняя плотность 0.48 ^+0.13/_-0.10 г/куб.см. Планета вращается вокруг своей звезды по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0.35 ± 0.05 и делает один оборот за 19.9 суток. Эффективная температура – 787 ± 17К.
Родительская звезда недавно сошла с главной последовательности и начала эволюционировать в субгигант, ее возраст – 9.0 ± 1.7 млрд. лет, масса близка к солнечной, а радиус составляет 1.28 ± 0.07 солнечных.

[Doktor4 panikus]

Не успела эта статья выйти, как другая группа (из США) уже провела поиск искусственных сигналов из системы Kepler-160 в рамках программы "Breakthrough Listen".
Breakthrough Listen Search for Technosignatures Towards the Kepler-160 System

Для этого использовался радиотелескоп Грин-Бэнк (NRAO, Западная Виргиния). Поиск производился 14 июня и был нацелен на узкополосные (~ 2.79 Гц) дрейфующие и пульсирующие широкополосные сигналы искусственного происхождения (техносигнатуры) в диапазоне 1–8 ГГц. Всего 18 наблюдений.
Естественно, ничего обнаружено не было: не было найдено ни одного кандидата с мощностью выше 5.9·1014 Вт для узкополосного и 7.3·1012 Вт для широкополосного излучения (в предположении его изотропного характера).

Что хотели услышать с мини Нептуна в зоне жизни?

[Dayan]

Недавно вышла довольно интересная статья о планетах на ультракоротких орбитах: Ultra-short-period Planets are Stable Against Tidal Inspiral.

Орбитальные периоды планет меньше 1 суток называются ультракороткими (Ultra-short-period planets, коротко USP). Считается, что из-за приливного взаимодействия планеты на таких орбитах должны постепенно сближаться с родительскими звёздами, и в конце концов падать на них. То есть системы, содержащие USP, должны быть в среднем более молодыми, чем системы без наблюдаемых USP.
Использовав данные Gaia DR2 для звёзд с USP, открытых Кеплером, и звёзд поля без наблюдаемых USP (вместе с исследованиями лучевых скоростей при помощи наземных телескопов), авторы данной статьи сравнили дисперсии галактических скоростей двух выборок звёзд. И нашли, что кинематика одной выборки звёзд статистически не отличается от кинематики другой выборки звёзд! Иначе говоря, звёзды с планетами на ультракоротких орбитах в среднем имеют такой же возраст, как и звёзды без USP! Это означает, что планеты на ультракоротких орбитах могут встречаться как у молодых, так и у старых звёзд практически одинаково, и почему-то не "желают" быть поглощёнными.
Однако этот результат не является чем-то неожиданным – просто он поддерживает расширенные модели приливного распада, в которых добротность звезды зависит от орбитального периода и массы планеты, а не только от её внутренних свойств (добротность звезды – это параметр, характеризующий эффективность приливного распада). Так, например, горячие юпитеры своими огромными массами вызывают в своих звёздах значительный приливной отклик, что приводит к постепенной деградации их орбиты. А небольшие планеты даже на ультракоротких орбитах, в отличие от ГЮ, не приводят к такому отклику, поэтому могут очень долго существовать.

[Dayan]

Для полного подтверждения нужны дополнительные исследования с наземными интерферометрическими и, как уже сказали, RV-наблюдениями (иногда вместо этого достаточно TTV в многопланетной системе), а ещё лучше – иметь дополнительные фотометрические данные с других инструментов. Но есть и частичное подтверждение – валидация, при которой RV не требуется – тут просто исключаются все астрофизические явления, которые могли бы сымитировать транзиты планет. Масса большей части подтверждённых планет Кеплера не измерялась, но они имеют статус планет с очень высокой степенью достоверности.

Сегодня вышла статья с валидацией ещё 50 кандидатов из основной миссии Кеплера: Exoplanet Validation with Machine Learning: 50 new validated Kepler planets.

[Dayan]

Сегодня вышла статья с валидацией ещё 50 кандидатов из основной миссии Кеплера: Exoplanet Validation with Machine Learning: 50 new validated Kepler planets.

Наконец можно посмотреть что это за 50 новых планет, поскольку сегодня в Экзопланетном архиве NASA опубликовали их в таблице.

40 новых систем с 41 планетой получили обозначения с Kepler-1663 по Kepler-1702: в 39 системах подтверждено по одной планете, в одной системе – две планеты (Kepler-1666).
Кроме этого, в 9 уже несколько лет подтверждённых системах добавлено по одной подтверждённой планете: в 7 системах подтверждена вторая планета, в одной системе – третья планета (Kepler-385), и ещё в одной – четвёртая планета (Kepler-305).

Периоды новоподтверждённых планет лежат в диапазоне от 1.21 до 234.64 суток, а радиусы от ~ 0.947 до ~ 4.348 R⊕. Родительские звёзды всех 50 планет – F, G и K-карлики.

По-видимому, только две планеты обращаются в оптимистической зоне обитаемости своих звёзд:
1. Мининептун Kepler-1690 b с радиусом ~ 2.811 R⊕ обращается вокруг G-звезды с орбитальным периодом 234.64 суток.
2. Мининептун Kepler-1701 b с радиусом ~ 2.222 R⊕ обращается вокруг ранней K-звезды с орбитальным периодом 169.13 суток.
Обе планеты имеют промежуточный между земным и венерианским температурный режим.

[Dayan]

Наконец можно посмотреть что это за 50 новых планет

Решил тут наглядно изобразить в Пэйнте три многопланетные системы Кеплера, в которых прибавилось по планете по новым данным, а всего известных планет больше двух (кроме полностью новой Kepler-1666).
На картинке системы Kepler-385, Kepler-305 и Kepler-1666 представлены в одном масштабе и ниже сравниваются с внутренней частью Солнечной системы.
Размеры звёзд увеличены в 5 раз относительно размеров орбит, а размеры планет – в 67 раз.
Серым цветом показаны неподтверждённые пока кандидаты.

[Андрей Астрофизический]

Хорошо заметна наблюдательная селекция открываемых экзопланет) те что открывают транзитным методом, почти все - в плотно-упакованных системах, намного плотнее чем наша солнечная.
Подумалась вот какая мысль: Если наша солсистема заурядное явление - то должны быть, наверное, и системы с сопоставимым числом планет, но намного менее плотно упакованные. Как считаете, это предположение верно? Или есть фундаментальные ограничения мешающие возникновению планет в малоплотных / протяженных системах.

[Dayan]

Хорошо заметна наблюдательная селекция открываемых экзопланет) те что открывают транзитным методом, почти все - в плотно-упакованных системах, намного плотнее чем наша солнечная.

Ещё хорошо заметно, что в большинстве случаев планеты размером с Землю находятся под порогом обнаружения. А то глядя на многие (но не все!) системы Кеплера и TESS можно подумать, что они сплошь состоят из суперземель, мининептунов и ещё более крупных планет. На самом деле небольших планет вроде Земли (и меньше) должно быть очень много, просто большинство их транзитов алгоритмы поиска не выявляют из разного рода шумов.

Подумалась вот какая мысль: Если наша солсистема заурядное явление - то должны быть, наверное, и системы с сопоставимым числом планет, но намного менее плотно упакованные. Как считаете, это предположение верно? Или есть фундаментальные ограничения мешающие возникновению планет в малоплотных / протяженных системах.

Трудно сказать наверняка. Вроде фундаментальных ограничений нет. Сравнивая Солнечную систему с плотноупакованными, видится так, что внутренняя часть протопланетного диска Солнца была крайне слабенькой и рыхленькой (либо это случайность, либо последствия миграции Юпитера во внутреннюю часть протопланетного диска).
Возможен вариант, когда одиночная звезда рождается вне крупных молекулярных облаков и вне звёздных скоплений. В этом случае её протопланетный диск может быть очень протяжённым – вплоть до нескольких тысяч а.е. (ограничения сверху уже накладывают приливы со стороны Галактики и случайные звёзды, проходящие рядом), но его начальная объёмная плотность может быть разной.
Менее плотноупакованные системы, чем Солнечная, определённо существуют. Ещё тут вопрос с массой планет: система может быть протяжённой и малонаселённой, но планеты – массивные.
Крайний вариант – звёзды без планет, но на это должны быть физические причины. В центрах плотных шаровых скоплений и в центрах ядер галактик звёзды могут не иметь планет.

[SpaceEngineer]

Возможен вариант, когда одиночная звезда рождается вне крупных молекулярных облаков и вне звёздных скоплений. В этом случае её протопланетный диск может быть очень протяжённым – вплоть до нескольких тысяч а.е. (ограничения сверху уже накладывают приливы со стороны Галактики и случайные звёзды, проходящие рядом), но его начальная объёмная плотность может быть разной.

А масса диска? Неужели возможны системы с сотней приличных, массивных планет? Есть оценка начальной массы диска вокруг Солнца?
Хотя вот открывают же протопланетные диски 300+ а.е. диаметром. Да и почти все планеты, обнаруженные прямым наблюдением, находятся чрезвычайно далеко от своей звезды.
https://scitechdaily.com/planet-forming-disc-ripped-apart-by-its-three-central-stars-leaving-it-warped-and-with-tilted-rings/

[Olweg]

Да и почти все планеты, обнаруженные прямым наблюдением, находятся чрезвычайно далеко от своей звезды.

Так это тоже наблюдательная селекция.

[Dayan]

А масса диска?

Может быть очень разной. Самые массивные и молодые диски сравнимы по массе с центральной звездой. У V883 Ориона он больше 0.3 M⊙.

Неужели возможны системы с сотней приличных, массивных планет?

Не могу сказать, но системы с заметно большим, чем у Солнца количеством планет очевидно есть, и распространены.

Есть оценка начальной массы диска вокруг Солнца?

В разных моделях у разных исследователей отличается. По-видимому, солнечный протопланетный диск был относительно небольшим, с радиусом до 100 а.е. Согласно Армитеджу масса протопланетного диска Солнца до радиуса 30 а.е. могла составлять около 0.01 M⊙ (т.е. около 10 M_J).

[an]

 Космический телескоп Кеплер  прекратил работу,  но обработка результатов продолжается, сообщается об открытии  двух землеразмерных планет в продленной кампании "Кеплера" K-2,
 с использованием новых методов обработки измерений  повышающих фотометрическую точность.   

https://arxiv.org/abs/2009.09285     

Звезда EPIC 201170410 спектрального класса M, находящаяся на расстоянии 134 пк.,  имеет планету  с радиусом 1,047 + 0,276−0,257R земл.  и периодом обращения 6.8 дней,   большая полуось орбиты  0.046 а. е. (6,9 млн. км.)
Звезда  EPIC 201757695 спектрального класса K,  находящаяся на расстоянии 577 пк.,  имеет планету  с радиусом  0,908 R земл.  и периодом обращения 2.048 дня,  большая полуось орбиты 0.028 а. е. (4,2 млн. км).

Также с помощью новых методов увеличения фотометрической точности были уточнены радиусы у ранее подтвержденных планет   звезд K2-298,  у которой радиус планеты K2-298 b стал равен 1.10 (+0.14−0.12) R земл. ?  и у звезды  K2-44, у которой радиус планеты  K2-44 b стал равен R = 2.72±0.32 Rземл.

Улучшение фотометрических характеристик, эффективности обнаружения транзита и характеристик планет с помощью новых методов  может быть использовано и для   других миссий , таких как TESS и CHEOPS/

[an]

 К2-111: старая система с двумя планетами вблизи  резонанса

https://arxiv.org/abs/2010.01993

Суперземля K2-111b была обнаружена из данных дополнительной наблюдательной кампании Кеплера K -2, у K2-111, слегка проэволюционировавшей  звезды класса  G2  имеющей  возраст 10,8 (+ -  1, 5) млрд лет и находящейся в созвездии Тельца на расстоянии 201,7 пк.

Транзитная планета K2-111b обращается вокруг звезды с периодом 5,3518( ± 0,0004) дня,   и большой полуосью 0, 570 а. е. (8,5 млн.км.)

масса M 5,29 (+ 0,76- 0,77) M земл.      радиус 1,82(+ 0,11-0,09) R земл.   А плотность ниже земной,  4,8 (⁺_-1,0) и звезда также  имеет дефицит металлов по сравнению с Солнцем.

Спектроскопические данные высокого разрешения, полученных с HARPS-N и ESPRESSO,  фотометрии K2, WASP и ASAS-SN, уточнили параметры K2-111 b, и с их помощью были получены доказательства существования второй нетранзитной планеты K2-111c.

K2-111c имеет период обращения 15,6785( ± 0,0064) дня, и  вращается  около  резонанса  3: 1 с транзитной  планетой, минимальная масса планеты c,  Msini =  11,3( ± 1,1) M земл.

В этой системе потенциально больше планет, но для подтверждения их присутствия и установления их физических параметров требуется больше тщательно отобранных данных.

Менее 2% известных экзопланет вращаются вокруг звезд старше 10 млрд лет и находящихся в толстом диске. Поскольку K2-111thus является одной из таких старейших   звезд-хозяев планет, эта система вызывает интерес, так как охватывает еще недостаточно изученную часть параметров звезд имеющих планетные системы.

[Goodricke]

Новая затменная двойная обнаружена при помощи космического аппарата Kepler

Международная команда астрономов сообщает об открытии новой затменной двойной системы при помощи космического аппарата НАСА Kepler («Кеплер»), выполнявшего при проведении этих наблюдений расширенную миссию под названием К2. Эта система, получившая обозначение EPIC 216747137, представляет собой предкатаклизмическую переменную, или двойную после стадии общей оболочки (post-common-envelope binary, PCEB) класса HW Девы.

https://phys.org/news/2020-11-eclipsing-binary-kepler-spacecraft.html
https://arxiv.org/abs/2010.13524

[LeMay]

  Из регулярного обзора Сергея Попова.
  arxiv:2011.02117 Статистические свойства супервспышек солнцеподобных звезд: результаты всего периода основной программы Кеплера (Statistical Properties of Superflares on Solar-type Stars: Results Using All of the Kepler Primary Mission Data)
  Самые мощные наблюдавшиеся на Солнце вспышки имели полную энергию около 1032 эрг. А может ли быть сильно больше? Мы не знаем точно. Поэтому важно изучать звезды, похожие на Солнце. Отличную возможность для этого дают данные Кеплера.
  Авторы уже несколько лет заняты поиском супервспышек в данных Кеплера. В данной статье дана статистическая сводка по всем 4 годам работы Кеплера в штатном режиме.
  Результаты таковы. Да, на солнцеподобных звездах происходят вспышки на два порядка более мощные, чем известные солнечные рекордсмены. Однако все они связаны с очень большими группами пятен. Чтобы такое могло появиться на Солнце, нужен сильный сбой солнечных циклов, который приведет к длительному росту групп пятен. Видимо, такое происходит раз в несколько тысяч лет.

  Ещё об этом: Сильные солнечные и катастрофические звездные вспышки.

[an]

 https://arxiv.org/abs/2012.04676

 Кеплер-1514, Подтверждение существования эксцентричного холодного юпитера и  внутренней планеты размером с Землю.

Как известно методом транзита открываются в большинстве планеты с коротким периодом обращения из за особенности метода.
Но имеется случаи когда транзитным методом открываются планеты с периодом обращения более ста суток.
К таким относится Кеплер-1514b, открытый космическим телескопом "Кеплер"  транзитный газовый гигант с радиусом  и периодом обращения ~  218 дней. с  большим эксцентриситетом = 0.401,
 и большой полуосью равной  0.753 а. е.(112 млн. км.)
на телескопе Кек была измерена его масса методом радиальных скоростей с использованием спектрометра HIRES,  которая оказалась равной ~ 5.28±0.22 M юп.
Отсюда средняя плотность  4,82 + 0,26-0,25 гр/см-3

Еще система Кеплер-1514 содержит планету  размером с Землю  Kepler-1514 c,  на 10,5-дневной орбите, существование которой было подтверждено.
Правда значение радиальной скорости наводимой этой планетой на звезду за пределом чувствительности спектрометра, и о ней известно только примерное значение радиуса ~ земл.

Значение диаметра Кеплер-1514b, равного 1,108 R юпит. и средней плотности 4,82 + 0,26-0,25 гр/см-3, означает, что расширения радиуса для планеты при её уровне инсоляции  нет, и она составляет третью известную планету с таким свойством. Добавление Kepler-1514b в качестве третьего члена к этой небольшой группе, вероятно, определило бы границу расширения радиуса для массивных планет при умеренной инсоляции.
 Столь высокая средняя плотность означает, что это следствие давление вырожденных электронов в её недрах и  размер планеты практически полностью перестаёт  зависеть от массы.
Kepler-1514b  добавляет новые  данные для планет с  высокой плотностью и умеренной инсоляцией, что особенно подходит для исследования внутренней металличности и их эволюции.

 Комбинация яркости (V = 11,8) родительской звезды и долгого периода, низкого уровня излучения и высокой плотности Kepler-1514 b относит  эту систему в редкую группу известных экзопланетных систем, которые подлежат дальнейшему изучению.