Kepler - космический телескоп для поиска планет

[an 2]

Космический телескоп Кеплер продолжает открывать новые планеты.

https://arxiv.org/abs/2305.18516

Две новые планеты и один кандидат с одним транзитом из кампании K2- 19.

При наблюдении в последней  кампании  K2- 19, продолжавшейся неделю,  до недавнего времени не было открыто ни одной планеты, но теперь проведен  визуальный поиск высококачественных данных кампании 19,  и определено  три возможных транзита планет.
 каждая планета-кандидат изначально была идентифицирована только с одним зарегистрированным транзитом, по которому  смогли оценить радиусы планет и оценить большие полуоси и периоды обращения.
У  двоих  кандидатов было  открыто более одного транзита, кроме того транзит одной планеты был зарегистрирован TESS и теперь в кампании 19 открыто 2 достоверных планеты и 1 кандидат.

Это  EPIC 246191231(K2-416),  EPIC 245978988(K2-417) M - карлики   и EPIC 246251988.

В статусе кандидата  EPIC 246251988 - G класса.


EPIC 246191231(K2-416) сп класса M, масса - 0.548 ± 0.012 солн.,   находится на расстоянии 120, 77 пк, светимость - 0.0537 ± 0.0013 солн.
Планета обращается с периодом 13.1020 сут., большая полуось  - 0.088 а. е.(13.11 млн. км.), радиус - 2.66 R земл., масса оценивается в  7.3(+6.1/−3.2) M земл.,
равновесная температура   ~ 447 K


EPIC 245978988(K2-417), сп. класс - M,  находится на расстоянии 94.30 пк, светимость - 0.0628 солн.
Планета обращается с периодом 6.5350 сут., большая полуось  - 0.063 а. е.(9.4 млн. км.), радиус - 3,31 R земл.,  масса оценивается в 3.4 M земл., равновесная температура   ~ 558 K


звезда с планетой - кандидатом EPIC 246251988,  субгигант сп класса G , масса - 1,099 солн.,   находится на расстоянии 361.9 ± 5.3 пк, светимость - 2.43 солн.
Возможная планета обращается с периодом 10.6 сут., большая полуось  - 0.16 а. е.(23.8 млн. км.), радиус - 3.8 R земл.,  масса оценивается в 13.9(+13.1/−7.3) M земл., равновесная температура   ~ 866 K

[vika vorobyeva]

Представлена массивная не транзитная циркумбинарная планета Kepler-1660AB b:
https://arxiv.org/pdf/2308.09255.pdf

Планета открыта методом тайминга затмений и лучевых скоростей.
Kepler-1660AB – пара ярких F звезд с массами 1.14 ± 0.07 и 1.08 ± 0.07 солнечных масс и радиусами 1.49 ± 0.07 и 1.30 ± 0.06 солнечных радиусов, вращающихся вокруг общего центра масс с периодом 18.611 суток. Наклонение их орбиты – 84.7 ± 0.8° – приводит к скользящим транзитам одной звезды по диску другой (т.е. звезда является затменно-переменной). Сильные синусоидальные вариации времени наступления транзитов навели на мысль, что в системе присутствует третье тело – массивная планета или коричневый карлик. Орбитальный период третьего тела составляет 239.48 ± 0.07 суток, а вот массу разные авторы определяли по-разному, от 19 ± 8 масс Юпитера до 7.7 масс Юпитера в зависимости от наклона его орбиты.
Авторы измеряли лучевые скорости обеих звезд с помощью спектрографов FIES и CARMENES и построили общую динамическую модель, которая описывала также время наступления транзитов звезд и их глубину. Как оказалась, масса третьего объекта составляет 4.89 ± 0.23 масс Юпитера, т.е. это газовый гигант. Взаимное наклонение орбит оценивается в 3.35°, и оно точно не превышает 8.21°. Орбита планеты близка к круговой, эксцентриситет 0.055. Это говорит о тем, что система Kepler-1660AB грубо плоская.

[Goodricke]

По архивным данным телескопа «Кеплер» удалось открыть систему с семью планетами

https://www.sciencealert.com/nasa-just-revealed-a-7-planet-system-hiding-in-old-mission-data
https://arxiv.org/pdf/2311.00238.pdf

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве вышла обзорная статья по основным результатам "Кеплера" авторства Джека Лиссауэра, Натальи Батальи и Уильяма Боруцки: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2311/2311.04981.pdf

[DELVIG]

https://www.nasaspaceflight.com/2023/11/shrinking-subneptunes/

Ученые подтвердили, исследовав данные "Кеплера", что среди более 5000 экзопланет, планет с диаметром от 1,5 до двух земного, меньше, чем ожидалось.  Происходит что-то, что мешает планетам достигать и / или оставаться на этом уровне ”, - сказала научный руководитель Архива экзопланет НАСА и ведущий автор Джесси Кристиансен из Калифорнийского технологического института.  Разрыв в размерах экзопланет лежит между размерами суперземель и субнептунов.
В статье предполагаются два механизма потери массы субнептунами: взаимодействием ядра планеты и её атмосферы, и в результате фотоиспарения

График, показывающий четыре различных типа экзопланет

[Dayan]

Здесь о статье, вышедшей в Архиве препринтов 1 января ещё не говорили, но, как мне кажется, стоит восполнить этот пробел. Её выход также ожидается в престижном научном журнале MNRAS.
Опубликованная работа от участников Центра подготовки научных талантов (школьники, студенты и их преподаватели; Гейнсвилл, Флорида) и профессиональных астрономов посвящена открытию 5 кандидатов в транзитные планеты на ультракоротких орбитах по данным основной миссии Кеплера:
Discovery of Small Ultra-short-period Planets Orbiting KG Dwarfs in Kepler Survey Using GPU Phase Folding and Deep Learning Detection System

Авторы разработали новый метод поиска транзитных событий в фотометрии, основанный на получении фазовых свёрток кривых блеска с использованием коммерческой карты графического процессора (GPU Phase Folding algorithm) в сочетании с нейронной сетью глубокого обучения. Метод обладает очень высокой скоростью поиска по сравнению с традиционным методом наименьших квадратов и перспективен для продолжения поиска уже более долгопериодических кандидатов.
Для проверки из каталога KOI были выбраны звёзды с известными подтверждёнными планетами или кандидатами, а звёзды, хотя бы один из кандидатов которых помечен как "ложноположительный", отброшены, чтобы выборка была свободна от влияния затменных двойных.

Результатом стало обнаружение 5 кандидатов с субземными размерами на орбитах с периодами менее 1 суток: 1 кандидат открыт у звезды спектрального класса K и 4 остальных – у G-звёзд. Их отношения сигнал-шум низки, но вероятность ложнопозитива меньше 1%.
На прикреплённой картинке показаны параметры найденных планетных кандидатов. Пометка, например, "K00446" означает название KOI-446.
KOI-446 (другое название Kepler-158) кроме новообнаруженной планеты имеет ещё две давно известные планеты – мининептуны b и c на орбитах с периодами ≈ 16.709 и 28.552 сут, их радиусы ~ 2.27 и 1.97 R⊕ соответственно.
KOI-1821 (Kepler-963) имеет ещё одну известную планету – мининептун b на орбите с периодом ≈ 9.977 сут, радиус ~ 2.85 R⊕.
KOI-1522 (Kepler-879) имеет ещё две планеты – землеразмерный кандидат c с периодом ≈ 12.655 сут, его радиус ~ 1.02 R⊕, и мининептун b на орбите с периодом ≈ 33.386 сут, радиус ~ 2.48 R⊕.
KOI-3404 (Kepler-1489) имеет ещё одну известную планету – b на орбите с периодом ≈ 82.293 сут, радиус ~ 1.82 R⊕.
KOI-4978 имеет ещё один кандидат – мининептун b на орбите с периодом ≈ 339.190 сут, радиус ~ 2.75 R⊕.

Авторам также удалось вычислить общую частоту встречаемости планет на ультракоротких орбитах у звёзд разного типа: ими обладает 0.7% F-звёзд, 2.2% G-звёзд, 3.1% K-звёзд и 8.0% M-звёзд.

[Olweg]

Дамир, спасибо за новость, только с периодами что-то не то.

[Dayan]

только с периодами что-то не то.

Почему?

[Olweg]

Должны же быть меньше суток.

[Dayan]

Должны же быть меньше суток.

Они и меньше суток (см. прикреплённую таблицу). Например, у нового кандидата KOI-446 0.645... суток, у KOI-1821 – 0.919... суток, и т.д.

[Olweg]

Да, понял в чём дело. Моя невнимательность. Почему-то индексы кандидатов в статье (b или c) и уже подтверждённых планет совпадают.

[Dayan]

Да, понял в чём дело. Моя невнимательность. Почему-то индексы кандидатов в статье (b или c) и уже подтверждённых планет совпадают.

Ага. Но я решил не обращать внимания на обозначения в этой статье. Может позже поправят.

[vika vorobyeva]

"Кеплер" в рамках основной миссии обнаружил довольно много долгопериодических транзитных кандидатов размерного класса гигантов. У этих кандидатов методом лучевых скоростей можно измерить массу и таким образом окончательно подтвердить их планетную природу. По этому поводу был организован обзор GOTEM (Giant Outer Transiting Exoplanet Mass Survey). Лучевые скорости родительских звезд измеряются спектрографом HIRES и иногда другими спектрографами.
Вчера в Архиве вышла статья, посвященная наблюдениям 11 систем, в которых присутствуют транзитные кандидаты с периодами свыше 100 суток:
https://arxiv.org/pdf/2401.03021.pdf
Авторам где-то удалось измерить массы кандидатов (и не все из них оказались планетами), где-то наложить на массы верхние пределы, где-то уточнить массы, измеренные ранее. Попланетно:
Kepler-111 – двухпланетная система у солнцеподобной G0-звезды, включающая суперземлю b с периодом 3.34 суток и гигант c радиусом 0.63 ± 0.02 радиусов Юпитера с орбитальным периодом 224.78 суток. Масса Kepler-111 c оказалась равной 0.70 ± 0.14 масс Юпитера. Планета для своей массы необычно компактна, ее средняя плотность 3.42 ^+0.82/_-0.72 г/куб.см. Температурный режим планеты – промежуточный между температурными режимами Меркурия и Венеры, эффективная температура 352 ± 6 К.
Kepler-553 – еще одна двухпланетная система, но на тесной орбите не суперземля, а нептун радиусом 4.7 радиусов Земли с орбитальным периодом 4.03 суток. Внешняя планета – газовый гигант радиусом 1.03 ± 0.03 радиусов Юпитера с периодом 328.24 суток. Масса гиганта достигает 6.70 ± 0.44 масс Юпитера. Поскольку родительская звезда – оранжевый карлик, температурный режим Kepler-553 c является промежуточным между температурными режимами Земли и Марса. Эксцентриситет орбиты гиганта 0.346 ± 0.024. Если у него есть крупные спутники, они могут быть обитаемыми.
Kepler-807 b (KOI-1288) прошел валидацию в 2016 году. Но сюрприз – его масса оказалась равной 79.8 ± 3.4 масс Юпитера. Это или тяжелый коричневый карлик, или маломассивная звезда.
Кандидат KOI-1431.01 не прошел валидацию, и авторы не смогли подтвердить его RV-методом. Возможно, ложнопозитив.
Kepler-849 b (KOI-1439.01) – еще один компактный газовый гигант радиусом 0.72 ± 0.03 радиусов Юпитера, с орбитальным периодом 394.63 суток. Его масса 0.94 ± 0.20 масс Юпитера, температурный режим промежуточный между температурными режимами Меркурия и Венеры, эффективная температура 363 ± 6 К, орбита близка к круговой. Относительно высокая температура планеты объясняется высокой светимостью звезды, которая уже сошла с главной последовательности (светимость 3.74 солнечных).
Kepler-952 b (KOI-1790.01) – кандидат радиусом 0.68 ^+0.15/_-0.07 радиусов Юпитера с периодом 130 суток, прошедший валидацию в 2016 году. Массу измерить не удалось, с достоверностью 3 сигма масса не превышает 1.1 масс Юпитера. Однако обнаружен долговременный дополнительный дрейф лучевой скорости звезды в 0.101 ± 0.024 м/с в сутки. Получено только 13 измерений лучевой скорости, так что неудача не удивляет.
Kepler-86 b (PH-2 b, KOI-1439) – планета-гигант, обнаруженная Охотниками за планетами в 2013 году. Масса этой планеты была измерена ранее как 0.34 ± 0.10 масс Юпитера. Авторы добавили к уже имеющимся свои 9 измерений и оценили массу в 0.274 ± 0.067 масс Юпитера. Это прохладный сатурн радиусом 0.833 ± 0.025 радиусов Юпитера и орбитальным периодом 282.53 суток имеет температурный режим, промежуточный между температурными режимами Земли и Венеры, его эффективная температура 295 ± 5 К.
Kepler-1513 b – прошла валидацию в 2016 году. Раньше массу этой планеты измеряли, но неточно (как 43 ± 20 масс Земли). Авторы измерить массу не смогли и наложили верхний предел в 106 масс Земли (с достоверностью 3 сигма).
Kepler-456 b (KIC 5951458 b) прошел валидацию в 2015 году, но по факту оказался звездой красным карликом массой 0.30 ^+0.04/_-0.07 солнечных масс.
В общем, не все то планета, что прошло валидацию

[vika vorobyeva]

Методом лучевых скоростей измерили массу мини-нептуна K2-167 b (HD 212657 b):
https://arxiv.org/pdf/2401.12276.pdf

Авторы воспользовались 74 архивными измерениями лучевой скорости, полученными HARPS-N, и применили к ним новый метод учета активности звезды CCF Activity Linear Model (CALM). Они нашли, что масса планеты равна 6.3 ± 1.4 масс Земли, радиус – 2.33 ± 0.17 радиусов Земли, планета лежит на линии воды.
Напомню, что мини-нептун K2-167 b вращается вокруг яркой F7-звезды на среднем расстоянии 0.094 ± 0.003 а.е. и делает один оборот за 9.97854 ± 0.00002 суток, ее эффективная температура 1203 ± 27 К.
Измеренный эксцентриситет орбиты достигает 0.30 ^+0.16/_-0.19.

[vika vorobyeva]

"Кеплер" в рамках основной миссии обнаружил довольно много долгопериодических транзитных кандидатов размерного класса гигантов. У этих кандидатов методом лучевых скоростей можно измерить массу и таким образом окончательно подтвердить их планетную природу. По этому поводу был организован обзор GOTEM (Giant Outer Transiting Exoplanet Mass Survey). Лучевые скорости родительских звезд измеряются спектрографом HIRES

Участники GOTEM опубликовали очередную статью, измерив массы планет с системе Kepler-511 (KOI-289), прошедшей валидацию в 2016 году:
https://arxiv.org/pdf/2405.11017

Напомню, что Kepler-511 включает две транзитные планеты с периодами 296.6377 ± 0.0004 и 26.62942 ± 0.00004 суток. Внутренняя планета c – нептун радиусом 0.37 ± 0.02 радиусов Юпитера (4.16 ± 0.2 радиусов Земли), внешняя планета b – сатурн радиусом 0.89 ± 0.03 радиусов Юпитера. Родительская звезда спектрального класса G0 уже сошла с главной последовательности и эволюционирует в сторону превращения в красный гигант: при массе 1.02 ± 0.07 солнечных масс ее радиус достигает 1.79 ± 0.06 солнечных радиусов, а светимость – 3.5 ± 0.2 солнечных. Возраст системы достигает 7.5 ± 1.7 млрд. лет, она удалена от нас на 648 ± 7 пк.
Чтобы оценить массы планет, авторы получили 19 измерений лучевой скорости Kepler-511 на HIRES (могли бы и больше, конечно, прям пожадничали).
Масса внешней планеты b оказалась равной 0.44 ± 0.12 масс Юпитера, масса планеты c – 0.10 ± 0.04 масс Юпитера. Кроме того, зарегистрирован дополнительный долговременный дрейф лучевой скорости, соответствующий наличию массивного тела на долгопериодической орбите.
Температурный режим внешней планеты является промежуточным между температурными режимами Меркурия и Венеры, внутренняя планета – горячий нептун.

[vika vorobyeva]

Вышла статья об уточнении параметров планеты Kepler-21 b – планеты у самой яркой звезды основной миссии (+8.5 звездной величины):
https://arxiv.org/pdf/2408.02873

Авторы пронаблюдали транзиты Kepler-21 b, полученные TESS, собрали все архивные измерения лучевой скорости родительской звезды, полученные HIRES и HARPS-N, + прибавили свои 22 измерения на спектрографе NEID. В результате они существенно уточнили параметры планеты и показали, что она имеет железокаменный состав.
По последним данным, радиус Kepler-21 b равен 1.65 ± 0.02 радиусов Земли (было 1.6 ± 0.2 радиуса Земли), масса 6.7 ± 1.4 масс Земли (было 5.1 ± 1.7 масс Земли), что приводит к средней плотности 8.4 ± 1.6 г/куб.см, исключающей предположение о том, что планета является горячей океанидой.
Также обнаружен линейный дрейф лучевой скорости Kepler-21, говорящий о наличии планеты-гиганта на широкой орбите. "Гайя" не показывает для Kepler-21 заметного ускорения, а это значит, что компаньон не может быть слишком массивен. Скорее всего, Kepler-21 c – планета-гигант массой около 4 масс Юпитера и орбитальным периодом около 70 лет. Поскольку погрешности пока сравнимы с измеряемыми величинами, объект остается в статусе кандидата, и для его подтверждения нужны дополнительные наблюдения, как RV, так и астрометрические.

[Dayan]

Вышла статья об исследовании планеты HIP 41378 f на предмет её полярного сжатия из-за вращения вокруг оси:
A long spin period for a sub-Neptune-mass exoplanet

Напомню, что HIP 41378 f обращается вокруг звезды спектрального класса F по орбите с периодом около 542.08 суток, и при массе ~ 12 M⊕ имеет радиус ~ 9.2 R⊕, что даёт среднюю плотность ~ 0.09 г/см³.
Используя модель транзита сжатого эллипсода с произвольной ориентацией, и сравнивая её с наблюдаемой кривой блеска HIP 41378 f в данных миссии K2, авторы нашли, что степень сплюснутости составляет f ≤ 0.18 с достоверностью 95%. Степень сплюснутости, f = (R_экв – R_пол) / R_экв.
Такая величина сжатия соответствует периоду вращения ≥ 22.2 часа.

Данное исследование уже второе среди исследований подобного рода за последний месяц – в сентябре вышла статья другой группы об исследовании Kepler-51 d:
Slow Rotation for the Super-Puff Planet Kepler-51 d

Kepler-51 d – это ещё одна планета с низкой плотностью (около 0.05 г/см³), обращающаяся вокруг звезды спектрального класса G по орбите с периодом около 130.19 суток, и при массе ~ 6.6 M⊕ имеет радиус ~ 9.3 R⊕ (согласно недавней статье об открытии четвёртой планеты в системе Kepler-51).
Модель сравнивали с кривой блеска, полученной с помощью JWST. Спроецированное на небо сжатие планеты не превышает 0.15, что предполагает период вращения ≥ 40 часов, или, что эквивалентно, скорость вращения ≤ 42% скорости распада.

Иногда столь низкую плотность (мини)нептунов объясняют присутствием колец вокруг них, а сами эти планеты меньше (и плотнее). Если Kepler-51 d на самом деле окружена кольцами, то их отклонение от картинной плоскости не должно превышать 27°, а внутренний радиус оптически толстой части меньше, чем 1.2 радиуса планеты. Если HIP 41378 f на самом деле окружена кольцами, то их наклон к плоскости орбиты также должен быть очень велик. На мой взгляд такая ориентация колец сразу у двух исследуемых планет ставит под сомнение гипотезу о наличии у них заметных колец.

[vika vorobyeva]

Очень интересный результат, особенно учитывая то, что у газовых гигантов Солнечной системы периоды вращения 9-10 часов.

КАК на огрызочек в несколько масс Земли смогло натянуться столько водорода? 6.6 масс Земли – это ж вся масса планеты, не одно только ядро. Прямо начинаешь нехорошее думать: может, это поля солнечных панелей вокруг планеты развешаны?
И сам метод интересный. Действительно, силуэт планеты с кольцами должен отличаться от силуэта планеты без колец, и по качественной транзитной кривой их можно различить.

[Foma]

КАК на огрызочек в несколько масс Земли смогло натянуться столько водорода? 6.6 масс Земли – это ж вся масса планеты, не одно только ядро. Прямо начинаешь нехорошее думать: может, это поля солнечных панелей вокруг планеты развешаны?

Какая там масса - это еще вопрос. Для всех планет Кеплер-51 массы определялись исключительно таймингом транзитов, была построена блестящая модель, которая на протяжении 10 лет воспроизводила времена транзитов с точностью в пару минут. Но вот прошло еще 3 года, планету d решили понаблюдать JWST и ошиблись с временем транзита на 2 часа (!), см рис из вышепомянутой статьи arXiv2410.01625:

Здесь жирная синяя линия - блестящая модель, звездочка - данные JWST. Авторы статьи объясняют результат еще одной планетой. Это разумно, она вполне там может быть и далеко не одна. Но это также показывает, что текущего набора TTV-данных недостаточно для описания динамики системы, а следовательно - и для определения масс планет. Так что, пока лучше не торопиться с далеко идущими выводами.

[Dayan]

Справедливости ради надо сказать, что отклонение в 2 часа от расчётного времени за несколько лет (через 10 лет после основной массы данных с Кеплера) – величина не критическая. Если массы планет системы Kepler-51 с новыми данными в дальнейшем и будут пересмотрены, то маловероятно, что в многие разы, и почти точно не на порядок или больше (и почему обязательно в сторону увеличения?). Но даже если Kepler-51 d, к примеру, имеет массу в 10 раз больше, чем оцениваемая сейчас (а это уже практически невероятно), то её плотность всё равно останется очень низкой.