Открытия и исследования экзопланет

[vsf]

Давно хотелось узнать, как наземные транзитные обзоры видят свое будущее в эпоху TESS и PLATO. Оказалось, никак не видят, по-крайней мере, самый успешный наземный обзор SuperWASP. Они прекратили фотометрические наблюдения в середине 2016 года и теперь просто публикуют статьи о найденных планетах, прошедших подтверждение.

Это субъективное мнение. Другие наземные обзоры считают себя нужными для обнаружения долгопериодических транзитных планет-гигатов. К примеру, обзор EvryScope:



http://evryscope.astro.unc.edu/evryscope-tess/

Наземные обзоры с большим полем зрения могут наблюдать небо несколько лет, в то время возможности космических телескопов пока ограничены. И конечно ещё вопрос финансов. Космический телескоп - это огромные деньги по сравнению с небольшими затратами на телескоп.

Плюс есть ещё проблема плотных звездных полей, где для телескопов с большим полем зрения отдельные звезды просто слипаются в одно мессиво.

[an]

 https://arxiv.org/abs/1908.09925

Сообщается об  обнаружении в результате наблюдений в течение двух десятилетий, у близкой звезды  HD 120066, находящийя на расстоянии 31,5 св. лет от Земли, довольно необычной экзопланеты массой Msin 3 массы Юпитера,  и обращающейся по вытянутой орбите с эксцетриситетом е = 0,84 и  с периодом 74(+43 -22) лет.
Планета перемещается от расстояния соответствующего орбите Юпитера до расстояния орбиты Нептуна.
Авторы проанализировали возможность наблюдения этой планеты  с помощью астрометрического  телескопа "Гайя" и пришли у к выводу, что это очень вероятно. Возможно в экзопланетном обзоре Гайя эта планета будет обозначена с её истинной массой.
 Это открытие подчеркивает ценность исследований методом RV с длинными базовыми линиями для обнаружения и характеристики длиннопериодических эксцентричных планет типа Юпитера.
Эта популяция может дать важную информацию о динамическом развитии планетных систем, содержащих несколько массивных планет.

[an]

   
  Планета газовый гигант  около красного карлика оспаривает модели планетогенеза.

https://arxiv.org/abs/1909.12174

Статистический анализ  экзопланет вокруг звезд малой массы показывает, что планеты суперземли и  нептуны встречаются чаще, чем газовые гиганты вокруг таких звезд, что согласуется с основной теорией формирования планет.
Однако  сообщается об открытии газового гиганта с минимальной массой 0,46 массы Юпитера, на эксцентричной 204-дневной орбите вокруг звезды очень малой массы GJ 3512.открытой в наблюдениях по программе  CARMENES, которая направлена на поиск планет у маломассивных карликов.

Красный карлик GJ 3512, спектрального класса M5.5, расположен на расстоянии 9,49 пс или 31 световой год, в созвездии Большая Медведица. Это довольно спокойная старая звезда с возрастом 3 -8 миллиарда лет. GJ 3512 - это звезда с самой низкой массой, у которой обнаружена планета газовый гигант. GJ 3512 является близнецом Проксимы, с очень похожими звездными параметрами, но с совершенно разными планетными системами.
Планета обращается вокруг красного карлика по орбите с периодом 203.59 (+ - 0,14) дней с эксцентриситетом 0.44 и большой полуосью 0.3380 а.е.(50,3 млн. км)
Заподозрено существование второго объекта с периодом ~ 1400 дней, и минимальной массой >0.17 М Юпитера, прояснить ситуацию с которым помогут дальнейшие наблюдения.

Модели планетогенеза не дают высокие эксцентриситеты у одиночных планет для подобных звезд, вариант планет-планетного рассеяния, когда одна планета в конечном счете выбрасывается из системы, а вторая переходит на сильно эксцентричную орбиту, сталкивается с затруднением из за большой массы у оставшийся планеты, маловероятно образование нескольких массивных планет у таких звезд, тогда получается что в протопланетном диске содержится большая доля газа и пыли чем получается в моделях планетогенеза. Кроме того зародыши  планет вокруг звезд с малой массой быстро перемещаются к внутреннему краю диска не оставляя времени на образование ядра для формирования массивной планеты.

Для объяснения планетной конфигурации у GJ 3512 предлагается  конкурирующая  модель формирования планет из  гравитационной нестабильности в газовом диске в очень молодом возрасте, когда диск все еще массивный относительно звезды, планетарная система вокруг GJ 3512 как раз  благоприятствует сценарию гравитационной неустойчивости как варианту формирования планет-гигантов вокруг звезд очень малой массы. В таком случае протопланетный диск распадается на отдельные фрагменты, взаимодействие между которыми создаёт орбиты подобные  GJ 3512b.

Смещение координат звезды в два раза выше чем предел погрешности для измерений Gaia, и Gaia должна определить наклон и истинную массу внутренней планеты, а также, возможно, орбитальные параметры внешней планеты, и их взаимный наклон, еще более ограничивая модели рассеяния планета-планета.
Кроме того, контраст звезды и планеты, по оценкам, составляет ~ 10–7 только (в зависимости от альбедо, наклона и размера планеты) и, таким образом, планеты  можно будет  увидеть с помощью будущих инструментов, которые уже создаются. Это делает GJ 3512 очень многообещающей системой,

[Olweg]

Да, действительно необычно.

[Скеп-тик]

Модели планетогенеза не дают высокие эксцентриситеты у одиночных планет для подобных звезд, вариант планет-планетного рассеяния,

А вариант звёздно-звёздно+планетного рассеяния? Когда этот КК, имеющий планету, был спутником более крупной звезды, и его выбросило третьей звездой? Тогда разность импульсов для планеты и звезды в момент "выкидыша"приведёт к большому эксцентриситету планеты.

[an]

 
 GJ 3512 одиночная звезда, для неё это неактуально, а для кратных звезд устойчивые орбиты образуются на самой ранней стадии планетезималий.  Системы двойных звезд, у которых каждая звезда имеет свои планеты известны . Например HD 133131A и B.

[SpaceEngineer]

Звезда могла быть выкинута вместе с планетой из родной кратной системы. Может быть, планета даже не ей принадлежала изначально.
А вообще, когда говорят, что газовые гиганты у красных карликов невозможны, что это парадокс, нарушение всех законов и т.д., забывают, что всё в природе имеет вероятностную природу. Газовые гиганты у КК возможны, просто с низкой вероятностью. Они сидят где-то в хвосте распределения планет по массам.

[Скеп-тик]

GJ 3512 одиночная звезда, для неё это неактуально

Сейчас неактуально, а 3-8 млрд лет назад? Когда даже Солнца не было от слова совсем?

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве – статья об открытии самого короткопериодичного горячего юпитера NGTS-10 b:
https://arxiv.org/pdf/1909.12424.pdf

Планета вращается вокруг древнего (10.4 ± 2.5 млрд. лет) оранжевого карлика спектрального класса K5 V. На расстоянии 1.2 угловых секунд находится звезда заднего фона спектрального класса F, попадающая на тот же пиксель матрицы NGTS, но ее влияние учли.
Орбитальный период гиганта - 0.7668944 ± 0.0000003 суток (18 часов 24 минуты 20 секунд). Масса - 2.16 ± 0.11 масс Юпитера, радиус 1.21 ± 0.11 радиусов Юпитера, эффективная температура 1332 ± 54К. Планета вращается на расстоянии всего 1.46 ± 0.18 пределов Роша (0.0143 ± 0.001 а.е.). Мощные приливные силы заставляют гигант по спирали приближаться к звезде, так что через ~38 млн. лет он разрушится.

[николай теллалов]

Планета вращается на расстоянии всего 1.46 ± 0.18 пределов Роша (0.0143 ± 0.001 а.е.). Мощные приливные силы заставляют гигант по спирали приближаться к звезде

он наверно на дыню формой уже похож...

[Кремальера]

так что через ~38 млн. лет он разрушится.

Ну а если этот волчок такой здоровый,то не может ли его ядро при столкновении схлопнуть свой чахлый оранжевый карлик.

[Андрей Астрофизический]

схлопнуть свой чахлый оранжевый карлик

Всмысле? До ЧД чтоли?
Массы немного не те, что нужны для такого.

[Кремальера]

Всмысле? До ЧД чтоли?

Не.Я имел ввиду потушить термоядерные реакции в светиле,сдув выделившейся материей во время столкновения/распада требуемую температуру для самоподдерживающейся реакции в звезде.Сколько там минимум-1 млн.градусов в центре,если ниже,то потом все тухнет?

[Андрей Астрофизический]

Я сомневаюсь, что от падения Юпитера на звезду, звезда как-то вдруг резко остынет. Скорее наоборот, температура немного поднимется. Все же кинетическая энергия пары Юпитеров, упавших со 2-й космической, это наверное немало.

[Кремальера]

Я сомневаюсь, что от падения Юпитера на звезду, звезда как-то вдруг резко остынет

Ну если Джуп шмякнется на Солнце,то последнему возможно и ничего не будет(незнаю правда за прочие тела СС).А вот если что-то побольше Джупа,да на какого-нибудь маленького старого доходягу..Впрочем я в этом ничего не смыслю,просто мне казалось что "тушитель солнц" должен бы работать  именно на "охладительном" принципе.

[Dayan]

Я сомневаюсь, что от падения Юпитера на звезду, звезда как-то вдруг резко остынет

Ну если Джуп шмякнется на Солнце,то последнему возможно и ничего не будет(незнаю правда за прочие тела СС).А вот если что-то побольше Джупа,да на какого-нибудь маленького старого доходягу..Впрочем я в этом ничего не смыслю,просто мне казалось что "тушитель солнц" должен бы работать  именно на "охладительном" принципе.

Наоборот – падение массивной планеты на свою звезду немного увеличит массу и светимость последней, но ни в коем случае не "погасит" её, какой бы маленькой та не была. Кстати, чем меньше масса звезды на главной последовательности, тем она плотнее (и сила тяжести больше).
Похожие вопросы на Астрофоруме уже поднимались, и приводились ссылки на статьи с моделированием этого процесса (правда не могу сходу найти где это было). Если столкновение массивной планеты со звездой происходит резко, то этот процесс издали подобен вспышке новой звезды, но имеет отличительные детали в спектре.
После столкновения звезда на какое-то время становится пульсирующей переменной – это похоже на возмущение поверхности воды когда в неё что-то бросают. Постепенно всё устаканивается и звезда возвращается в спокойное состояние, а часть выброшенной массы покидает систему и присоединяется к межзвёздной материи Галактики. Насколько я помню, в среднем в галактике, похожей на нашу, столкновения планет со звёздами должны происходить со средней частотой один раз в несколько сотен лет. Абсолютное – подавляющее большинство таких столкновений происходит у очень молодых звёзд, которые окружены протопланетными дисками: многие зарождающиеся планеты приближаются к звезде по спирали из-за взаимодействия с протопланетным диском. В зрелых системах падения происходят из-за приливных сил (для планет на сверхкоротких орбитах) или гравитационного взаимодействия с другими телами системы (массивными планетами или звездой-компаньоном). Чем старше звезды, тем реже происходят падения.
Ещё. Горячие юпитеры наподобие NGTS-10 b могут выпасть на звезду не одномоментно. Сначала они разрушаются приливными силами когда пересекают полость Роша. Истечение вещества с планеты на звезду порождает вокруг той аккреционный диск. Этот процесс уже наблюдается в некоторых системах. Например, в WASP-12 (ссылка на статью; и картинка – художественное представление разрушающегося горячего юпитера WASP-12 b).

[Dem]

Планета вращается вокруг древнего (10.4 ± 2.5 млрд. лет) оранжевого карлика спектрального класса K5 V.
Мощные приливные силы заставляют гигант по спирали приближаться к звезде, так что через ~38 млн. лет он разрушится.

Как-то маловероятно - 10 млрд лет крутилась, и всего через 38 млн упадёт.
Что-то не учли, наверно.

[Foma]

arXiv:1910.05853: Precise radial velocities of giant stars XIII. A second Jupiter orbiting in 4:3 resonance in the 7 CMa system

В системе близкого (20 пк) и яркого (V=3.9) оранжевого гиганта ν² Большого Пса изменения - открытый в 2011 г массивный юпитер с периодом около 2 лет на деле оказался двумя разными планетами, но на довольно близких орбитах. Одна из них имеет массу msini=1.9 M_J и полуось a=1.75 а.е, другая - 0.9 M_J и a=2.15 а.е, Планеты находятся в резонансе 4:3 и сильно друг с другом взаимодействуют.

[Dayan]

Насколько я помню, в среднем в галактике, похожей на нашу, столкновения планет со звёздами должны происходить со средней частотой один раз в несколько сотен лет. Абсолютное – подавляющее большинство таких столкновений происходит у очень молодых звёзд, которые окружены протопланетными дисками: многие зарождающиеся планеты приближаются к звезде по спирали из-за взаимодействия с протопланетным диском. В зрелых системах падения происходят из-за приливных сил (для планет на сверхкоротких орбитах) или гравитационного взаимодействия с другими телами системы (массивными планетами или звездой-компаньоном). Чем старше звезды, тем реже происходят падения.

Тут стоит добавить ещё, что когда звёзды с околосолнечными массами превращаются в красные гиганты, происходит ещё один всплеск частоты поглощаемых планет. Нашёл свежую статью, в которой российские астрономы рассчитали частоту поглощения планет в нашей галактике – в среднем 3 раза в год! Но большинство событий происходит при поглощении малых планет, поэтому не вызывают детектируемых процессов. Звёзды главной последовательности поглощают планеты с частотой примерно один раз в 80 лет, но поглощения массивных планет, приводящие к выделению энергий 10^37.5-10³⁸ эрг/с, происходят ещё в ~ 5 раз реже.

[an]

 Группа исследователей провела анализ как влияют планет-плаанетные взаимодеймтвия гигантских газовых планет на устойчивость орбит в обитаемых зонах.
С этой целью были проанализированы планетные системы у 34- х близлежащих звезд спектральных классов F G K M,  у которых известно по одному газовому гиганту за пределами обитаемой зоны.
Сначала определялась устойчивость планетных орбит в обитаемой зоне исходя из современной конфигурации орбит известных гигантов.

 Затем в предположении, что эксцентриситет планеты-гиганта является результатом нестабильности в прошлом, когда одна или несколько других планет были выброшены из системы, моделировали   эти сценарии и исследовали,  могут ли планеты, движущиеся по орбите в обитаемой зоне, пережить нестабильность.

Выяснилось, что для для большинства систем вероятность существования [или выживания] планет на стабильных орбитах в обитаемой зоне становится значительно меньше, когда  включается  фаза нестабильности в их истории.
Но некоторые планетные системы проявляют устойчивость к катастрофическим событиям в начале их истории.
К ним относятся:
 HD 95872,спектр.класс K0V, расстояние 72пк. (236 св. лет), с планетой Msin = 4,6 M юп, и периодом обращения 4375±169 дней  (12 лет) и эксцентриситетом e = 0.06±0.04
HD 154345 спектр.класс G8 V, расстояние 18.06±0.18 пк(59 св. лет), с планетой Msin = 1±0.3 M юпитер. и периодом обращения 3538±300(9,7 лет) и эксцентриситетом e = 0.26±0.15
HD 102843,спектр.класс K0V, расстояние 62,8 пк(205 св. лет), с планетой Msin = 0.35 M юпитер. и периодом обращения 3090.9 (± 295.0)(8,5лет) и эксцентриситетом e = 0.11 (± 0.07)

HD 25015,сп.класс K1V, расстояние 37.4пк (122 св. лет),с планетой Msin = 4.48±0.3 M юп, и периодом обращения 6019±679 дн.(16,5лет) и эксцентриситетом e = 0.39±0.09.
GJ 328, спектр.класс K7V, расстояние 19.8±0.8 пк (64,5 св. лет), с планетой Msin = 2.3±0.13 M юп, и периодом обращения 4100±300(11,2 лет),и эксцентриситетом e = 0.37±0.05
HD 6718 и
HD 150706.
Впрочем для двух последних систем имеется большая неопределенность эксцентриситетов их юпитеров, что приводит к большой неопределенности в отношении  устойчивости  их возможных планетных орбит  в обитаемой зоне.
Эти исследования позволят  лучше ограничить выживаемость планет земного типа в таких системах.
https://arxiv.org/abs/1910.07573