Kepler - космический телескоп для поиска планет

[Dayan]

10 масс Земли – это почти 100% вероятности не суперземля, а нептун (практически даже не мини).

[Dayan]

В статье, вышедшей сегодня в Архиве, обновлены массы двух крупнейших планет в самой богатой планетами системе Kepler-90 из известных на сегодняшний день.
Updated Masses for the Gas Giants in the Eight-Planet Kepler-90 System Via Transit-Timing Variation and Radial Velocity Observations (D. E. Shaw и др)

Напомню, что сообщения от открытии 7 транзитных планет в системе G-звезды Kepler-90 появились в 2013 году, а в 2017 году с помощью машинного обучения в ней открыли ещё одну транзитную планету – 8-ю. Так же как и в Солнечной системе, в Kepler-90 представлено 3 типа планет – три внутренние планеты (b, c и i) вероятно являются суперземлями, три средние (d, e и f) – мининептунами, две внешние (g и h) – аналогами Юпитера и Сатурна по размеру (R_g = 8.1 ± 0.8 R⊕, R_h = 11.3 ± 1.0 R⊕). В отличие от Солнечной системы, орбиты всех 8-ми планет Kepler-90 лежат в пределах ~ 1 а.е. от звезды.
В 2020 году с помощью TTV-метода были измерены массы g и h. Они оказались равными 15.0 ^+0.9_–0.8 M⊕ и 203 ± 5 M⊕ соответственно, т.е. планета g по массе является нептуном, но по составу скорее водородно-гелиевым аналогом Юпитера (её средняя плотность ~ 0.15 г/см³).

В сегодняшней статье авторы объединили результаты анализа TTV и лучевых скоростей, собранных более чем за десятилетие. Для TTV использованы все транзиты двух планет в фотометрии Кеплера (6 от планеты g, 3 от планеты h), 2 транзита, наблюдавшихся телескопом Спитцера (по одному от g и h), два транзита планеты g с наземных наблюдений (один из которых получен в мае 2024 года). Для изучения лучевых скоростей использовано 34 измерения RV, полученных с помощью Keck-HIRES. Таким образом, заново измерены массы двух внешних планет и обновлены их эфемериды.

Планеты g и h обращаются по почти круговым орбитам (эксцентриситеты ~ 0.0292 и ~ 0.0276) с периодами 210.7351 и 331.6030 суток соответственно. Результаты из статьи 2020 года полностью подтверждены: массы g и h по D. E. Shaw и др оцениваются в 15.0 ± 1.3 M⊕ и 203 ± 16 M⊕ соотвественно.

[Dayan]

В статье, вышедшей сегодня в Архиве, сообщается об открытии многопланетной системы у солнцеподобной звезды HD 224018.
Discovery of a multi-planetary system orbiting the aged Sun-like star HD 224018

HD 224018 находится в созвездии Водолея. Наблюдалась миссией K2 в ходе 12 кампании, а также TESS на 42 и 70 секторах (плюс на 92 секторе, но его обработка в будущем). Также наблюдалась с помощью CHEOPS. Ещё авторы получили 206 спектров на HARPS-N.
Сначала по данным K2 было обнаружено 2 транзитных кандидата в мининептуны, а в ходе исследования лучевых скоростей нашли ещё 2 кандидата – планету-гиганта на эксцентрической широкой орбите (скорее всего, она не транзитная), и внутреннюю по отношению ко всем остальным суперземлю, транзиты которой нашли при уже более тщательном изучении кривых блеска K2.

HD 224018 – звезда спектрального класса G V, блеск в диапазоне V ≈ 9.675^m. Она имеет массу ~ 1.013 M⊙, радиус ~ 1.147 R⊙, Teff ≈ 5784 K, светимость ~ 1.33 солнечной. Металличность, вероятно, близка к солнечной. Возраст оценивается в 7.0 ^+3.4_−3.2 млрд лет. С вероятностью ~ 88% принадлежит толстому диску Галактики.
Расстояние до системы 106.1 ± 0.2 пк (или около 346.1 светового года).

Планеты:

b обращается по орбите с периодом 10.6413 суток и большой полуосью ~ 0.0952 а.е. (e ~ 0.06). При радиусе 0.91 ^+0.64_–0.57 R⊕ её масса оценивается аж в 4.1 ± 0.8 M⊕. Авторы оценили среднюю плотность в 17.1 ^+10.2_−6.0 г/см³. Вероятно, что эта планета является супермеркурием, но из-за неопределённости радиуса может являться как в основном силикатной, так и почти чисто железной.
Инсоляция на планете не указана, но легко найти, что она превышает земную в ~ 147 раз. Равновесная температура при нулевом альбедо Бонда 968 ± 19 K.

c обращается по круговой орбите с периодом 36.5767 суток и большой полуосью ~ 0.217 а.е. (e ~ 0.02). При радиусе 2.42 ^+0.07_–0.08 R⊕ её масса оценивается в 10.4 ^+1.3_−1.1 M⊕, что даёт среднюю плотность 4.0 ^+0.7_−0.6 г/см³.
Инсоляция на планете превышает земную в ~ 28 раз. Равновесная температура 641 ± 12 K.

d обращается по круговой орбите с периодом 138.0731 суток и большой полуосью ~ 0.53 а.е. (e ~ 0.04). При радиусе 2.4 ± 0.1 R⊕ её масса оценивается в 4.2 ^+1.8_−1.6 M⊕, что даёт среднюю плотность 1.7 ^+0.8_−0.6 г/см³.
Инсоляция на планете превышает земную в ~ 4.8 раза. Равновесная температура 411 ⁺¹¹₋₂₁ K.

e обращается по очень вытянутой орбите с периодом 9129 ⁺²⁴⁹⁹₋₂₄₇₉ суток (или 25 ± 6.8 лет!) и большой полуосью 8.6 ^+1.5_–1.6 а.е. (e ~ 0.60). Её минимальная масса оценивается в 151 ⁺¹³₋₁₄ M⊕ (или ~ 0.475 M_Jup).
Инсоляция на планете на среднем расстоянии от звезды составляет ~ 0.018 земной (или 1/55.6 земного значения, но с учётом эксцентриситета меняется от примерно 1/9 до 1/142 земной). Равновесная температура 102 ⁺¹¹₋₈ K.

[Dayan]

Сегодня в Архиве статья о результатах нового исследования системы K2-19.
A decade of transit photometry for K2-19: Revised system architecture

Напомню, что система позднего жёлтого карлика K2-19 впервые была представлена в марте 2015 года. До сегодняшнего дня в ней было известно три транзитные планеты, две из которых (b и c) находятся во взаимном орбитальном резонансе 3:2, и имеют промежуточные между Ураном и Сатурном размеры, а третья является внутренней по отношению к паре горячей суперземлёй (d). Орбитальный резонанс двух крупнейших планет приводит к сильным вариациям времени наступления транзитов (TTV), что позволяет с высокой точностью найти их массы, поэтому эта система неоднократно изучалась. Последнее предыдущее моделирование опиралось на базу наблюдений транзитов и лучевых скоростей в 3.3 года (E.A. Petigura и др. 2020).

Авторы новой статьи провели фотодинамический анализ уже на основе 10-летних наблюдений транзитов планет K2-19. В целом система наблюдалась миссией K2 (в ходе Кампании 1), Спитцером, TESS (на 45, 46 и 72 секторах), CHEOPS, и кучей наземных телескопов.
Подтверждаются оценки масс планет b и c из предыдущего исследования, но сильно снижается эксцентриситет их орбит (у Petigura и др. e_b ~ 0.20, e_c ~ 0.21, а новые – далее), что лучше согласуется со стандартными моделями формирования. Кроме того, сообщается об открытии ранее неизвестного транзитного кандидата в четвёртую планету, расположенную снаружи пары b и c, и имеющую отношение периода к периоду планеты c вблизи резонанса 5:3.

Сегодня система выглядит так:
K2-19 (TOI-5145) – звезда спектрального класса G9 V, блеск в диапазоне V ≈ 13.0^m (созвездие Девы). Она имеет массу ~ 0.885 M⊙, радиус ~ 0.845 R⊙, Teff ≈ 5350 K, светимость по С-Б ~ 0.527 солнечной. Металличность ~ 1.07 солнечной. Период осевого вращения ≈ 18.36 суток. Возраст оценивается в 1.70 ± 0.25 млрд лет.
Расстояние до системы 296.9 ± 1.7 пк (или около 968 световых лет).

Планеты в порядке удаления от звезды:

d обращается по орбите с периодом 2.5083 суток и большой полуосью ~ 0.0348 а.е. (e < 0.44). Она имеет радиус 1.044 ± 0.064 R⊕, масса не превышает 6.2 M⊕. Инсоляция не указана, но можно найти, что на планете она превышает земную в ~ 436 раз. Равновесная температура при нулевом альбедо 1258 ± 31 K.

b обращается по орбите с периодом 7.9228 суток и большой полуосью ~ 0.0749 а.е. (e = 0.043 ± 0.024). При радиусе 6.59 ± 0.22 R⊕ она имеет массу 30.8 ± 1.3 M⊕, что соответствует средней плотности ~ 0.59 г/см³. Инсоляция превышает земную в ~ 94 раза. Равновесная температура 857 ± 21 K.

c обращается по орбите с периодом 11.8977 суток и большой полуосью ~ 0.0982 а.е. (e = 0.067 ± 0.017). При радиусе 3.88 ± 0.14 R⊕ она имеет массу 11.12 ± 0.44 M⊕, что соответствует средней плотности ~ 1.05 г/см³. Инсоляция превышает земную в ~ 55 раз. Равновесная температура 749 ± 19 K.

Кандидат e обращается по орбите с периодом 19.9724 суток и большой полуосью ~ 0.1387 а.е. (e < 0.15). Она имеет радиус 1.22 ± 0.15 R⊕, масса не превышает 2.0 M⊕, т.е. её средняя плотность меньше 8.4 г/см³. Инсоляция превышает земную в ~ 27 раз. Равновесная температура 630 ± 16 K.

[Dayan]

В Архиве вышла статья об открытии кандидата в землеразмерные планеты на внешнем краю зоны обитаемости оранжевого карлика HD 137010.
A Cool Earth-sized Planet Candidate Transiting a Tenth Magnitude K-dwarf From K2

Группа астрономов из Австралии, США, Великобритании и Дании сообщает о, вероятно, одном из самых интригующих открытий в истории экзопланетного направления. Статья прошла рецензию и опубликована в ApJL.
Обычно по единичному транзитному событию далеко идущие выводы не делаются, и авторы стараются провести дополнительные наблюдения. Здесь мы имеем дело с исключительным случаем: кандидату с единичным транзитом посвящена отдельная статья в одном из самых престижных научных журналов по астрофизике. 

Единственный транзит кандидата имеет продолжительность ~ 9.76 часа и сравнительно небольшую глубину 225 ± 10 ppm (прицельный параметр b < 0.85 с достоверностью 3σ): благодаря спокойствию и яркости родительской звезды, а также точности фотометрии Кеплера, транзит выражен очень хорошо (обратите внимание на небольшую погрешность измерения в сравнении с величиной падения блеска!). Отношение сигнала к шума достигает 30!
HD 137010 наблюдалась в рамках миссии K2 во время 15-й кампании в 2017 году, находится на южном небе в созвездии Весов. Кроме K2 звезда наблюдалась TESS на 91 секторе (апрель – май 2025 года), но вероятность попадания транзита кандидата в фотометрию TESS составляет всего около 7%, а отношение сигнала к шуму ~ 7, что делает обнаружение транзита там почти невыполнимой задачей.
Помимо фотометрического анализа, авторы изучили спекл-изображения окрестностей целевой звезды, чтобы выявить возможные компаньоны и фоновые затменные звёзды, попадающие на те же пиксели матрицы, и способные имитировать транзиты планет, но ничего найдено не было. Также были исследованы лучевые скорости звезды по архивным спектрам HARPS, и её астрометрия по данным Gaia DR3, чтобы наложить ограничения на массу возможного компаньона – и, опять же, звёздных компаньонов на допустимых для кандидата орбитах нет.
Таким образом, единственный транзит в случае с HD 137010 по всей видимости носит астрофизический характер, и с наибольшей вероятностью вызывается именно планетой, названной HD 137010 b.

HD 137010 (HIP 75398) – звезда спектрального класса K3.5 V, блеск в диапазоне V ≈ 10.14^m. Она имеет массу ~ 0.726 M⊙, радиус ~ 0.707 R⊙, Teff ≈ 4770 K, светимость ~ 0.232 солнечной. Металличность ~ 0.60 солнечной. Относится к тонкому диску Галактики. Возраст оценивается в 4.8−10 млрд лет.
Расстояние до системы 44.86 ± 0.03 пк (или ~ 146.3 светового года).

Кандидат b обращается по орбите с периодом 355 ⁺²⁰⁰₋₅₉ суток и большой полуосью 0.88 ^+0.32_−0.10 а.е. Его радиус 1.06 ^+0.06_−0.05 R⊕. Инсоляция составляет 0.29 ^+0.11_−0.13 от инсоляции на Земле, т.е. ниже, чем на Марсе. Равновесная температура при альбедо, близком к альбедо Земли (0.3), составляет 188 ⁺¹⁶₋₂₅ K (при нулевом альбедо 205 ⁺¹⁷₋₂₈ K).

Авторы нашли 40% вероятности того, что HD 137010 b находится в консервативной зоне обитаемости, и 51% – в оптимистической. Вероятно, эта планета (кандидат) представляет собой замёрзший снежный мир наподобие Земли в эпоху великих оледенений. Но если её атмосфера содержит минимум 0.2–0.5 бар углекислого газа, то вода в жидком виде может хотя бы где-то присутствовать. Наиболее близким аналогом HD 137010 b среди известных экзопланет является Kepler-186 f (и TRAPPIST-1 g по размеру и инсоляции).

Примерный период определён по продолжительности транзита кандидата, а для нахождения истинного периода по наблюдениям новых транзитов может быть использован CHEOPS (почему-то про JWST в статье ни слова, но я бы поставил его в первую очередь). Также PLATO мог бы найти другие транзиты, однако HD 137010 находится далеко от его запланированных наблюдательных полей.

На прикреплённой картинке показана кривая блеска HD 137010 по данным K2 с единственным транзитом землеразмерного кандидата.

[Dayan]

Очень интересный результат, и транзит убедительный!
Я бы не пожалела времени ESPRESSO на измерение массы этой планеты, пусть даже придется сделать несколько сотен измерений для выявления RV-сигнала с амплитудой 0.13 ± 0.02 м/с.

Солидарен с Вами! Не стоит жалеть времени на ESPRESSO для такого кандидата! Я бы ещё с помощью CHEOPSа, или Джеймса Уэбба попробовал бы поискать новые транзиты (особенно с первым – прямо неделю непрерывной фотометрии за раз не постеснялся бы просить! ).