Kepler - космический телескоп для поиска планет

[Алексей Шевченко]

P.S. В общем похоже дней через 10 будет приоткрыта одна из главных тайн мироздания - распределение небольших планет у звезд.
http://keplergo.arc.nasa.gov/ArchiveSchedule.shtml
Сюдя по этой ссылке в середине апреля 2010 года команда Кеплера получила фотометрию по середину декабря 2009 года. Т.е. за первые 7 месяц. До этого у нее была только за 4 месяца. Видимо это и позволило удвоить число кандидатов в планеты в мае.
7 месяцев это возможность обнаружения планет с периодом до 2 месяцев. Это позволяет обнаружить землеподобные планеты у красных карликов, у которые как раз зеленая зона в похожем диапозоне (несколько десятков суток). Как много может быть таких планет? Если общее число красных карликов у Кеплера порядка 3000, а геометрическая вероятность транзита при таких периодах в несколько процентов. При 10% частоте это переписывается в несколько планет.

Да, любопытная перспектива... Пока, увы, только для М - карликов... А там, глядишь, и до обнаружения землеподобных планет у К - и G - карликов дойдёт дело...

[Borislаv]

Как и ожидалось 15 июня они выложили статьи в Архиве (3 из 4 обещанных, кроме о промежуточных результатах наземной проверки).

http://arxiv.org/abs/1006.2799v1
http://arxiv.org/abs/1006.2763v1
http://arxiv.org/abs/1006.2815

Пишут, что всего к этому времени у них есть 706 кандидатов в планеты. В статьях они опубликовали данные о 306.

Некоторые графики из статьи рассказывающие об этих трех сотнях возможных планет.



Гистограмма выше - распределение радиусов возможных планет Кеплера, снизу распределение опубликованных известных транзитных планет.



Распределение кандидатов Кеплера по периодам



Распределение кандидатов Кеплера по спектральным типам звезд



Кандидаты в много-планетные системы.



Возможные параметры этих кандидатов в много-планетные системы.

В общем публикации нужно внимательно читать, но похоже данные Кеплера тоже показывают большую частоту горячих суперземель и нептунов у оранжевых и желтых карликов.

[Иван С. Брюханов]

В общем публикации нужно внимательно читать, но похоже данные Кеплера тоже показывают большую частоту горячих суперземель и нептунов у оранжевых и желтых карликов.

Очень интересно ... По крайней  мере видно - планетарные системы в основном у маломассивных звёзд ...

[Borislаv]

Некоторые особенности из представленных трех сотен планет:

Наименьший кандидат - 1.6 радиуса Земли
Наибольший кандидат - 3.43 радиуса Юпитера
Наименьший период - 0.839 суток
Наибольший период - 206,789 суток (есть значение 10389.109, вероятно ошибочное).

В данных присутствуют несколько вероятных красных карликов (сортировка по столбцу с радиусом звезды).


Авторы называют оценки частоты разных типов планет.

An examination of Figures 6 and 8 shows that the measured occurrence frequencies of candidates planets are somewhat dependent on the size of the candidates. Super Earth-size candidates have a frequency of about 2.3x10-3 for brighter stars (14.0 < Keplermag <15) while Neptune-size candidates have a lower frequency of 1.3x10-3 for such stars. Jovian-size candidates have an even lower frequency of about 0.9x10-3 independent of stellar magnitude.

Т.е. горячие суперземли в 2.5 раза чаще, чем горячие юпитеры. С другой стороны внимательный анализ показывает, что в статье говорится о 300 из 700 обнаруженных кандидатов, и все эти 300 кандидатов находятся у звезд между 13.9 и 16.0 звездной величины (в том числе все 5 кандидатов в много-планетные системы).

Значит оставшиеся 400 кандидатов приходятся на более яркие звезды. В предшествующей статье говорилось, что среди целей Кеплера есть около 50 тыс. звезд более ярких, чем 14 звездная величина против около 100 тысяч от 14 до 16 звездной величины.

400 кандидатов на 50 000 тыс. звезд это 8*10(-3), что в 4 раза выше, чем в оценке выше для суперземель у звезд 14.0 < Keplermag <15.

В статье говорится, что оставшиеся 400 кандидатов в планеты будут опубликованы к февралю 2011 году. Если конечно их не покажут на планируемых пресс-конференциях наступающей осенью-зимой

[andу]

А про звездную величину в данном контексте говорится в смысле условий наблюдения ?

[Dayan]

Значит оставшиеся 400 кандидатов приходятся на более яркие звезды. В предшествующей статье говорилось, что среди целей Кеплера есть около 50 тыс. звезд более ярких, чем 14 звездная величина против около 100 тысяч от 14 до 16 звездной величины.

400 кандидатов на 50 000 тыс. звезд это 8*10(-3), что в 4 раза выше, чем в оценке выше для суперземель у звезд 14.0 < Keplermag <15.

Если так, объяснение простое - у более ярких звезд, чем 14 m, количество открытых планет больше из-за большей доли среди этого числа (400) небольших по размеру планет по сравнению с зарегистрированным Кеплером общим количеством планет у звезд тусклее 14 m, ведь для последних относительная чувствительность телескопа меньше. В самом деле, наименьшая из открытых планет, как ты показал, имеет размер типичной суперземли - 1.6 радиуса Земли (хотя, про типичность говорить рано, возможно, она имеет массу 4-8 масс Земли исходя из теории).

[Borislаv]

Если так, объяснение простое - у более ярких звезд, чем 14 m, количество открытых планет больше из-за большей доли среди этого числа (400) небольших по размеру планет по сравнению с зарегистрированным Кеплером общим количеством планет у звезд тусклее 14 m, ведь для последних относительная чувствительность телескопа меньше. В самом деле, наименьшая из открытых планет, как ты показал, имеет размер типичной суперземли - 1.6 радиуса Земли (хотя, про типичность говорить рано, возможно, она имеет массу 4-8 масс Земли исходя из теории).

В общем да. У более ярких звезд возможность обнаружения выше. Если среди этих звезд 14-16 звездной величины обнаружены 300 кандидатов в планеты с радиусом до 1.6 радиусов Земли, то про остальные 400 кандидатов пишут, что среди них есть меньше Земли.

А про звездную величину в данном контексте говорится в смысле условий наблюдения ?

Чем ярче звезда, тем больше фотонов попадает от нее на детектор, тем выше точность измерения фотометрии. Правда слишком яркая тоже плохо, засветка происходит. У Кеплера граница засветки лежит в районе 6 звездной величины.

Наибольший период - 206,789 суток (есть значение 10389.109, вероятно ошибочное).

Перечитав статью оказалось, что ошибки и нет. Среди 312 кандидатов есть и те для которых наблюдался лишь 1 транзит. Период для таких объектов вычислялся на основе измеренной длительности затмения.
Т.е. возможный период одного из кандидатов составляет не много не мало - 30 лет! Хотя конечно это возможно и блуждающий газовый гигант или поздний М-карлик.

Вообще можно прикинуть число таких обнаружений.
На орбите Юпитера геометрическая вероятность транзита составляет около 0.1%. Если у каждой звезды есть аналогу Юпитера, то это переписывается в примерно 100 таких планет. Если частота такого типа планет в районе 10%, то 10 планет. В год при этом в среднем должен наблюдатся где-то 1 транзит (при среднем периоде в 10 лет).

В общем получается, что Кеплер внесет и неплохие пределы на число аналогов Юпитера, Сатурна и блуждающих планет в пространстве.

[Dayan]

Спасибо, Борислав за интересные подробности! Я всегда знал и верил (и продолжаю!), что Кеплер даст нам много полезной и неожиданной информации!

[Borislаv]

Спасибо, Борислав за интересные подробности! Я всегда знал и верил (и продолжаю!), что Кеплер даст нам много полезной и неожиданной информации!

Помню о проекте впервые прочитал в 2001 году. Тогда он еще по конкурсу Дискавери проходил вместе с Dawn и Юпитер Инсайд. Тогда запуск на 2006 год планировали. Так что как ни как ожиданию этих открытий уже 10 лет как будет 

А так вероятно скоро поток кандидатов в планеты от Кеплера достаточно сильно уменьшится. Ведь геометрическая вероятность транзита с увеличением периода быстро падает. Но думаю 1000 кандидатов в планеты будет уже в этом году.

http://lenta.ru/news/2010/06/16/kepler/
Лента.ру уже отписалась на второй день.

Вообще конечно остается еще вопрос насчет ложных кандидатов. Но вверху есть оценка выше.

An examination of Figures 6 and 8 shows that the measured occurrence frequencies of candidates planets are somewhat dependent on the size of the candidates. Super Earth-size candidates have a frequency of about 2.3x10-3 for brighter stars (14.0 < Keplermag <15) while Neptune-size candidates have a lower frequency of 1.3x10-3 for such stars. Jovian-size candidates have an even lower frequency of about 0.9x10-3 independent of stellar magnitude.

Т.е. значение Кеплера для частоты горячих юпитеров практически совпадает с частотой полученной из обзоров лучевых скоростей - примерно 1 транзитный горячий юпитер на 1000 GK-звезд. Значит уже без наземной проверки ложные кандидаты наврядли сильно искажают статистические оценки Кеплера.

И конечно же дополнительный фактор соотношение количества затменных двойных и кандидатов в планеты - 1800 против 300, т.е. 6 к 1 . Это весьма близко к наземным транзитным обзорам.

[Dayan]

Немного разовью тему. Борислав написал, что наибольшой кандидат в планеты от Кеплера имеет размер 3.43 размеров Юпитера! Я нашел его в списке в статье и получил массу интригующих вопросов. Данные получены с опубликованных препринтов.
Итак, эта планета обращается вокруг звезды, обозначаемой в списке Кеплера как KOI 198.01, имеющей размер и температуру, уступающие солнечным значениям: эфф. тем-ра равна 5538 K, радиус 0.806 радиуса Солнца. Очень приблизительно, подставив данные значения в известные в астрофизике формулы, я нашел светимость звезды: 0.5-0.6 светимости Солнца.
Самое интересное кроется в другом: громадная планета (размером около 490000 км) обращается с периодом 87.233 суток!! Это почти как у нашего Меркурия. Этот гигант не является сверхгорячим, он должен быть даже прохладнее Меркурия, учитывая более низкую светимость материнской звезды.
Предлагаю возможные варианты:
1) Ложная экзопланета - наложение на более близкую и визуально более яркую звезду далекой затменной.
2) Вокруг звезды обращается коричневый карлик или легкий красный карлик. Возможен подвариант коричневого карлика с небольшим кольцом.
3) Другие варианты, например, плотное утолщение в астероидном поясе (невероятно?) или техническое искажение данных на самом телескопе.
4) Вокруг звезды обращается все же планета, которая может располагать огромной системой колец. Но, при таком небольшом расстоянии от звезды, наличие таких колец маловероятно.
Эта версия разбивается еще на несколько вариантов:
4.1) Планетная система очень молода, а кольца планеты - еще не сформировавшаяся система спутников. Такая система в близости от звезды неустойчива, но мы наблюдаем ее как раз в краткий период ее существования.
4.2) Система любого возраста, но кольца планеты образованы, например, обломками развалившегося спутника (или спутников после столкновения). Тоже "счастливый" миг.
4.3) Колец нет, но планета "раздута" неизвестным пока процессом (маловероятно?).
4.4) Другие варианты.

Кстати, среди планетных кандидатов от Кеплера есть аналогичные "раздутые" не сверхгорячие гиганты. Например, кандидат у солнцеподобной звезды KOI 215.01 имеет размер 2.70 размеров Юпитера (тоже немало!) и период 42.944 дня. Кандидат KOI 617.01 имеет размеры в 2.06 Юпитера и период обращения 37.865 суток (материнская звезда тусклее Солнца). Кандидат у звезды KOI 753.01 имеет радиус 2.11 юпитерианских и период 19.904 дней. И т.д. (при желании можно найти)

[Borislаv]

Да это весьма необычные случаи. Текущий рекорд 2 радиуса Юпитера.

2) Вокруг звезды обращается коричневый карлик или легкий красный карлик. Возможен подвариант коричневого карлика с небольшим кольцом.

Маловероятно. Есть фотометрия за 7 месяцев для этой звезды. Вторичный минимум был бы слишком заметный.

4.4) Другие варианты.

Самый вероятный вариант это неправильное определение параметров звезды. Т.е. звезда на самом деле больше и транзит соответственно меньше будет.

Можно еще глянуть общедоступную фотометрию на возможность наличия спутников или колец.

[Olweg]

Из блога Nature (перевод):

В базе данных 306 кандидатов, многие размером с Нептун, хотя до 50% могут оказаться ложным следом. Но по мере того как миссия приближается к открытию землеподобных чужих миров, секретность возрастает. Как мы уже сообщали, NASA предоставило Кеплеру экслюзивную отсрочку: отслеживать до февраля остальные 400 кандидатов - самые маленькие, землеподобные - вместо того, чтобы передать имеющуюся информацию, как планировалось первоначально. New York Times пишет, что команда Кеплера вынуждена была подписать соглашение о неразглашении. И согласно NASA Watch, астрофизическое отделение NASA запрещает обсуждение новых 306 кандидатов до того момента, когда они будут подтверждены, несмотря на то, что они уже опубликованы; пресс-релиз NASA не упоминает об этих 306 кандидатах.

http://blogs.nature.com/news/thegreatbeyond/2010/06/exoplanets_show_me_the_data.html

Собственно пресс-релиз:
http://kepler.nasa.gov/news/nasakeplernews/index.cfm?FuseAction=ShowNews&NewsID=42

[Olweg]

Значит оставшиеся 400 кандидатов приходятся на более яркие звезды.

Да, пишут, что "the brighter stars, and those with the small-size candidates (i.e., those with radii less than 1.5Re), are among the 400 withheld targets and are thus not among those considered here, biasing the results toward the dimmer stars and larger candidates."

[Olweg]

Интересно: для обработки данных по затменным двойным использовался "artificial intelligence":
http://arxiv.org/abs/1006.2815

[Borislаv]

Значит оставшиеся 400 кандидатов приходятся на более яркие звезды.

Да, пишут, что "the brighter stars, and those with the small-size candidates (i.e., those with radii less than 1.5Re), are among the 400 withheld targets and are thus not among those considered here, biasing the results toward the dimmer stars and larger candidates."

http://oklo.org/2010/06/16/the-312-candidates/
Занятно, что Лафлин попытался совместить данные Кеплера и HAPRS-а и получил более чем 5-кратное расхождение в сторону уменьшения. Т.е. насколько я понял из его поста следует, что короткопериодичные суперземли и нептуны находятся в 10% частоте, а не в 50%.

Правда в его посте говорится, что он использовал равномерное распределение функции массы и периода, тогда как Женевская группа получает резкое возрастание количества планет в сторону уменьшения масс и периодов.
http://online.kitp.ucsb.edu/online/exoplanets10/udry/

Можно пойти другим путем. В таблице они не дают значение больших полуосей для каждого кандидата, а лишь общую таблицу.


Среднее значение радиуса звезды где-то в районе 0.7 радиуса Солнца или 0.003 au. Значит можно вычислить средние значения для первых 6 столбцов идя по возрастанию периода
1) 0.01 au - 3 радиуса - 30% геометрическая вероятность
2) 0.02 au - 6 радиуса -  15% геометрическая вероятность
3) 0.04 au - 12 радиуса - 8% геометрическая вероятность
4) 0.06 au - 20 радиуса - 5% геометрическая вероятность
5) 0.08 au - 25 радиуса - 4% геометрическая вероятность
6) 0.10 аu - 30 радиуса - 3% геометрическая вероятность

Число звезд в выборке известно - около 90 тысяч. Значит на основе числа кандидатов вычисляем планетную частоту для каждого столбца.
1) 130 кандидатов - 0.4% частота
2) 90 кандидатов - 0.6% частота
3) 50 кандидатов - 0.7% частота
4) 25 кандидатов - 0.6% частота
5) 20 кандидатов - 0.6% частота
6) 20 кандидатов - 0.7% частота.

Суммарно получается всего в районе 4%. Что собственно и близко к 4-кратной разнице между горячими юпитерами и супер-землями.

В общем действительно получается очень значительное расхождение с данными HAPRS-а. Хотя конечно данные предварительные, может в выборке есть много "шумных" звезд в фотометрии которых возможно достоверно обнаружить только горячие юпитеры.

[Olweg]

Путём хитроумных расчётов пришёл к выводу, что горячие нептуны диаметром от 30 тыс.км и выше с периодом до 10-12 д встречаются примерно у 1.5-2% жёлтых карликов и у 3% оранжевых (хотя по ним менее надёжно, возможно и чаще из-за того что в выборке могут быть субгиганты). Более мелкие планеты выловлены существенно хуже, статистику по ним проводить рано, как и по более долгопериодичным.

[Olweg]

http://oklo.org/2010/06/16/the-312-candidates/
Занятно, что Лафлин попытался совместить данные Кеплера и HAPRS-а и получил более чем 5-кратное расхождение в сторону уменьшения. Т.е. насколько я понял из его поста следует, что короткопериодичные суперземли и нептуны находятся в 10% частоте, а не в 50%.

Хочется надеятся... Всё-таки все эти горячие суперземли означают совсем другие условия формирования в сравнении с нашей системой.

[Olweg]

Суммарно получается всего в районе 4%. Что собственно и близко к 4-кратной разнице между горячими юпитерами и супер-землями.

Но не забывай, что график дан для 300 опубликованных кандидатов, а среди них суперземель очень мало.

[Olweg]

Хотя зависит от того, что считать суперземлёй. В статье явный ляп - в тексте они приводят для таких планет диапазон 1.25-2.0 R_З, а судя по графикам считали все до 2.5 R_З включительно (что практически удваивает количество кандидатов в "суперземли")

[Borislаv]

Да согласен. Если взять распределение радиусов, то получается что максимум приходится на промежуток 2.1-2.5 радиуса Земли.

1.6-2.0 радиуса Земли - 38 кандидатов
2.1-2.5 радиуса Земли - 66 кандидатов
2.6-3.0 радиуса Земли - 35 кандидатов
3.1-3.5 радиуса Земли - 34 кандидатов
3.6-4.0 радиуса Земли - 15 кандидатов
4.1-4.5 радиуса Земли - 16 кандидатов
4.6-5.0 радиуса Земли - 9 кандидатов

Насчет где лежит граница межу суперземлями и нептунами, то тут конечно сложно сказать. Хотя есть же уже 5 известных транзитных планет с подобными размерами.


Три нептуна хорошо кучкуются в одном диапазоне в районе 4 радиусов Земли, тогда как суперземли на примере двух планет (Корот-7b и Глизе-1214b) принимают значения 1.6 и 2.7 радиусов Земли. Значит видимо у них верхняя граница лежит как минимум в районе 2.5 радиусов Земли.