Открытия и исследования экзопланет

[Olweg]

Новое открытие землеподобных планет,  в т. ч. одной в обитаемой зоне близкого красного карлика  GJ1002

Серьёзное открытие. Очень похоже на Проксиму, и по характерстикам звезды, и по характеристикам внутренней планеты. ESPRESSO начинает реально раскрывать свой потенциал. Прикрепил рисунок из статьи с фазовыми кривыми для обоих планет. Фиолетовое - CARMENES, бирюзовое - ESPRESSO. В общем, комментарии излишни.

Авторы исключают возможность планет с мин.массами больше 0.5 земных с периодами до 20 суток и больше 3 земных до 50 суток. Интересно, что возможность "вытащить" планетный сигнал резко падает на периодах больше 30-40 суток с 0.5 до 2 м/с из-за влияния активности звезды (насколько я понял, мешают гармоники от периода вращения 126 суток).

[Olweg]

Для сравнения - фазовые кривые планет b и c у звезды Тигардена, полученные на CARMENES за 2016 - 2019 г. Эти планеты тоже имеют почти земную массу и тоже входят в зону обитаемости своей звезды. Взято отсюда:
https://arxiv.org/abs/1906.07196

[Olweg]

Ещё один близкий маломассивный М-карлик с землеразмерными планетами - YZ Кита. Периоды планет меньше, чем в двух предыдущих системах, что должно быть на пользу доплеровскому сигналу. Фазовые кривые всех трёх планет - в прикреплённом файле, взято из https://arxiv.org/abs/2002.01772. Как по мне - тихий ужас. Хорошо бы теперь ESPRESSO всё это проверить…

[an 2]

ESPRESSO начинает реально раскрывать свой потенциал.

Это второе  открытие планеты у звезд на наблюдение которых  с помощью ESPRESSO  выделялось гарантированное время много сезонов подряд.
Первое это было открытие планеты у HD22496.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,8397.msg5122827.html#msg5122827

[an 2]

TOI-216 b является ещё одним суперпухлым нептуном.
https://arxiv.org/abs/2212.07450

Ранее открытые нептун и газовый гигант у TOI-216
http://www.allplanets.ru/star.php?star=TOI-216

оказывают гравитационное влияние друг на друга и находятся в резонансе среднего движения 2:1, благодаря чему, методом тайминга транзитов  были измерены их массы.
Но транзит ближайшей планеты TOI-216 b был скользящим и первоначально её точный радиус был определен приблизительно.
Но благодаря тому, что её орбита прецессировала, транзит стал полным и радиус был измерен точно.
Он оказался равен   7,28 (+ 0,14/-0,13) R Земли, что в сочетании с более точно определенной массой равной 17(+0,7/-0,6) M Земл., дает среднюю плотность 0,253(+ 0,017/-0,016) гр./ см. куб.

 TOI-216 b представляет собой растущий класс сверхпухлых планет в орбитальных резонансах и с компаньоном на почти круговой орбите, что позволяет предположить, что ранняя эволюция этих планет обусловлена плавной миграцией диска.

[vika vorobyeva]

Представлен горячий юпитер у яркой быстро вращающейся звезды F3-класса HD 115447 (TOI-778):
https://arxiv.org/pdf/2212.08242.pdf

Масса звезды 1.40 ± 0.05 солнечных масс, радиус 1.71 ± 0.05 солнечных радиусов, светимость 5.15 ± 0.27 солнечных. Возраст оценивается в 1.95 ± 0.14 млрд. лет. Звезда горячая и быстро вращается (один оборот за 2.58 ± 0.1 суток), поэтому массу планеты измерили с большим трудом.
Масса  HD 115447 b составляет 2.8 ± 0.2 масс Юпитера, радиус 1.37 ± 0.04 радиусов Юпитера, средняя плотность 1.3 ± 0.2 г/куб.см, эффективная температура 1561 ± 33 К. У орбиты планеты неожиданно высокий эксцентриситет для горячего юпитера – 0.21 ± 0.04.
Быстрое вращение звезды позволило измерить эффект Мак-Лафлина и получить проекцию наклонения орбиты планеты к оси вращения звезды λ: 18 ± 11°. Поскольку мы наблюдаем звезду примерно со стороны экватора, истинный (трехмерный) угол будет мало отличаться от своей проекции на небесную сферу. Другими словами, этот горячий юпитер вращается примерно в плоскости экватора своей звезды, его наклонение невелико.

[an 2]

Экзопланеты, близкие по размеру к Земле, обращающиеся вокруг  красных карликов не показывают признаков атмосферы.

Землеразмерные  экзопланеты, вращающиеся вокруг М-карликов, являются многообещающими объектами для спектроскопии пропускания с использованием существующих или будущих инструментов.
Уже было выполнено несколько поисков атмосфер вокруг таких планет начиная от планет Trappist -1.
Недавно была опубликована статья с результатом поиска атмосфер методом трансмиссионной спектроскопии у планет L-98-59 c и  d. Ранее исследовалась и L-98-59 b.

https://arxiv.org/abs/2212.09526

По всем этим результатам исследований вывод одинаков.  Все эти планеты не показывают признаков чистой водородно/гелиевой атмосферы без аэрозолей.


К этому  же выводу приводят и исследования возможной атмосферы у планеты GJ 486b, опубликованные в Архиве.

https://arxiv.org/abs/2212.11816

GJ 486b с радиусом 1,3 земного и T равн. = 700K, обладает одной из самых больших метрик трансмиссионной спектроскопии.
Авторы наблюдали три прохождения GJ 486b, используя три разных спектрографа высокого разрешения: IRD на Subaru, IGRINS на Gemini South и SPIRou на канадско-французско-гавайском телескопе для поиска  широкого спектра молекулярного поглощения газов атмосферы H2O, CH4, NH3, HCN, CO2, и  CO, с помощью метода кросс-корреляции, но не обнаружили никаких надежных свидетельств атмосферы.

 Результаты измерений показывают, что GJ 486b не обладает чистой атмосферой с преобладанием H2/He.

Хотя был сделан важный вывод, что атмосфера не может состоять на 100% из водяного пара.
Как и других случаях, вторичные атмосферы с высокой средней молекулярной массой или атмосферы с преобладанием H2/He и с облаками, остаются возможными.
Результаты дают дополнительные доказательства того, что землеподобные планеты, вращающиеся вокруг звезд M-карликов, могут испытывать значительные потери атмосферы.

GJ 486b будет наблюдаться JWST как при транзите , так и при затмении. Запланировано наблюдение за двумя транзитами GJ 486b  со спектрографом ближнего инфракрасного диапазона JWST NIR (NIRSpec).   атмосфера с преобладанием H2/He может быть легко обнаружена JWST за два транзита. Однако заранее  можно с уверенностью исключить
с достоверностью до 5 сигма чистую атмосферу с преобладанием H2/He с  CH4, NH3, HCN, CO2 и CO при солнечном их содержании.

[Olweg]

Интересно, сможет ли JWST различить "вторичные атмосферы с высокой средней молекулярной массой или атмосферы с преобладанием H2/He и с облаками"? Пока что все результаты удручающе похожи один на другой...

[Dayan]

Хотя был сделан важный вывод, что атмосфера не может состоять на 100% из водяного пара.

В статье один из выводов, что GJ 486 b не обладает чистой (т.е. безоблачной) атмосферой, состоящей на 100% из водяного пара, а это существенная поправка.

Как и других случаях, вторичные атмосферы с высокой средней молекулярной массой или атмосферы с преобладанием H2/He и с облаками, остаются возможными.
Результаты дают дополнительные доказательства того, что землеподобные планеты, вращающиеся вокруг звезд M-карликов, могут испытывать значительные потери атмосферы.

Не думаю, что водяная атмосфера является вторичной, пусть даже после потери некоторого количества водорода-гелия. Конечно, конкретно GJ 486 b лежит на линии землеподобного состава на диаграмме "Масса – Радиус", и, вероятно, у неё действительно вторичная атмосфера.
Но если планета сформировалась со значительным начальным количеством воды (к таким относятся, к примеру, очень вероятно, L 98-59 c и d, LTT 1445 Ab, Kepler-138 c и d) как ледяные спутники планет-гигантов Солнечной системы, а после прибытия на свою окончательную орбиту потеряла водород и гелий, которые также могли быть в составе атмосфер, то не уверен, что атмосферу с преобладанием водяного пара всё же можно называть "вторичной", если он изначально там был. Я бы называл такие атмосферы "претерпевшими эрозию", или "заметно преобразовавшимися", но наверное не "вторичными".
Вот атмосферу Земли, которая очень сильно изменилась в результате деятельности биосферы и абиогенных процессов – да (скорее всего ко "вторичным" атмосферам относятся и современные атмосферы Венеры и Марса, только в результате абиогенных процессов).

Интересно, сможет ли JWST различить "вторичные атмосферы с высокой средней молекулярной массой или атмосферы с преобладанием H2/He и с облаками"? Пока что все результаты удручающе похожи один на другой...

Да, были работы, в которых моделировался трансмиссионный спектр атмосфер планет с высокой дымкой или туманом, а также спектр атмосфер с высокой молекулярной массой (туда относится всё, что не водород-гелий, например, вода, азот, метан, угарный и углекислый газы). При накоплении данных от нескольких транзитов (в случае мининептунов вроде GJ 1214 b), или нескольких десятков-сотен транзитов (в случае земель и суперземель вроде планет TRAPPIST-1 или, как в сегодняшнем случае, GJ 486 b), различить их с помощью JWST получится.
Даже сами высотные дымки (или туманы) в среднем инфракрасном диапазоне могут оказаться прозрачными, хотя это зависит от химсостава и процессов генерации частиц тумана (т.е. диапазона размеров частиц). Если атмосфера с высокой молекулярной массой не имеет мощного облачного покрова, то её компоненты, как заявляется, будут успешно зарегистрированы JWST. На это самая большая надежда.

[Olweg]

Будем надеяться…

[an 2]

                                                                Итоги исследований экзопланет за 2022 год.

Пожалуй главная новость это начало работы космического телескопа JWST, и первые открытия сделанные им в области экзопланетологии.
Это углекислый газ у  горячего сатурна WASP-39 b, первое прямое изображение планеты у звезды класса A,  HIP 65426b.

Начались наблюдения планет системы Траппист - 1 c,  по программе 2420 - Исследование планеты земной группы TRAPPIST-1c на наличие атмосферы, наблюдалась  4 часа 52 минуты.

Планеты  b, c, g,  h,  по программе 2589 - атмосферная разведка планет TRAPPIST-1, предлагаемые наблюдения должны обнаружить/исключить несколько базовых моделей атмосфер для всех планет,  проведено 20 часов 41 минута наблюдений,  всего по разным программам планеты TRAPPIST-1 наблюдались 42 часа.
8 часов
Также наблюдались планеты  51 Эридана b  - одной из самых  маломассивных экзопланет для которых получено прямое изображение, по программе 1412 - Характеристика  экзопланетной системы   51 Эридана,
 HAT-P-18b и некоторые другие.


Из новостей о ближайших планетных системах можно отметить, что появились новые свидетельства, что планета  Проксима d реальна, теперь Проксима Кентавра трехпланетная система.
Планеты Проксимы

Продолжается появление всё новых  свидетельств существования экзолун.
Kepler - космический телескоп для поиска планет
В прошедшем году появился новый кандидат в экзолуны, теперь экзолуна подозревается у газового гиганта Kepler-1708 b,  Kepler-1708 b-i должен иметь радиус в 2,6 земных и располагаться на приблизительно компланарной орбите на ~ 12 планетарных радиусах от своего хозяина.
Также обнаружено, что особенности спектральных  линий в транзитных спектрах планет могут свидетельствовать о существовании у них экзолун, такие особенности возникают  в результате взаимодействия экзолуны и магнитосферы, аналогичного Ио и Юпитера. Эти особенности есть в трансмиссионном спектре   экзопланеты  HD 80606b.

К таинственным объектам вблизи звезд подобным  KIC 8462852 и   TIC 400799224  , в прошедшем году добавились  и таинственные объекты возле белого карлика  WD 1054-226, которые образую регулярную структуру и находятся в обитаемой зоне.  65 объектов периодически проходят по диску белого карлика каждые  23,1 минуты вызывая различное ослабления его яркости и такое изменение повторяеся каждые 25 часов, что похоже на планету вокруг которой обращаются  некие тела.
Открытия новых экзопланет

Из множества новых открытых экзопланет заслуживают упоминания также то, что открыта атмосфера из паров горных пород у горячей суперземли K2-141 b., у другой экзопланеты,
GJ 1252b,(TIC 37013352) было открыто, что её атмосфера разреженная, и это открывает перспективы прямого  исследования минералогии поверхности с помощью JWST.

представляет интерес раздутый нептун TOI-1422b у желтого карлика с обширной газовой оболочкой а также планетная система WASP - 132 у которой внутри орбиты горячего юпитера есть еше одна планета, что не объясняется нынешними моделями образования горячих юпитеров, предполагается что тут имелся случай  миграции внутрь  всей части протопланетного диска  со всеми  близкими  протопланетами, была открыта еще одна система с подобной архитектурой, TOI-2000, только вместо горячего юпитера у неё сатурн.

Интересна система K2 - 33 с пекулярным трансмиссионным спектром
Kepler - космический телескоп для поиска планет
Интересна также обнаруженная планета  у звезды TOI-3884, у которой имеется гигантское полярное пятно, TOI-3884 b, первый обнаруженный субсатурн у звезды в среднем промежутке класса M.

Получены новые сведения о объектах промежуточных масс между планетами и коричневыми карликами.
Открытия новых экзопланет
Оказывается, что термоядерная реакция на основе дейтерия может начинаться при массах меньше минимальной массы в 13 масс Юпитера, что было принято ранее.  Если у объекта высокая металличность и  доля гелия увеличена с обычных Y=0.25 до Y=0.33 и выше то термоядерная реакция может начаться и при массах в ~ 10-11 M юпит., что произошло в случае с  HD 206893с, с её массой в 12.3 ± 1.1 M юпит.

Истинные переходные объекты, тела одинаковой массы, в зависимости от доли металлов в своем составе, могут быть как планетами так и коричневыми карликами.
Любопытна система  у необычной быстровращающейся звезды HD 115447 (TOI-778) сп. класса F3V, измеренная скорость вращения у неё vsin(i)=35,1(±1,0) км/с (у Солнца на экваторе 1,997 км/с)
http://www.allplanets.ru/star.php?star=HD%20115447

Были получены новые результаты и в теоретических исслкдованиях.
ранее была отмечена корреляция между металличностью звезд и содержанием металлов у их планет.
В прошедшем году были получены новые результаты по возможному минеральному составу каменистых экзопланет(еще недавно это выглядело фантастикой) на основе изучения отраженного излучения протопланетных и остаточных дисков.

https://arxiv.org/abs/2212.13174

https://arxiv.org/abs/2212.13959

Разные объекты демонстрируют разный породный состав. Одни, как HD23514, HD15407a, HD172555 и HD165014, свидетельствуют, что материалы их слагающие, ранее подвергавшиеся  ударам, столкновениям или воздействию высоких температур  такие как тектиты, SiO2-стекла, обсидиан и сильно ударные шерготиты.
Вторая группа, BD+20307, Beta Pictoris, HD145263, ID8, HD113766, HD69830, P1121 и Eta Corvi,  имеет сильные полосы пироксена и оливина в диапазоне 9-12 микрон и очень похожа на ультраосновные породы (например, гарцбургит, дунит )
Также другие результаты повышают вероятность того, что материалы, образовавшиеся на ранней стадии планетезимальной дифференциации, встречаются в протопланетных и обломочных дисках, это следует из сравнения характеристик метеоритов и фотометрии других звездных систем.


Что касается новых землеразмерных каменистых планет в обитаемой зоне, то прошедший год порадовал открытием таковой у красного карлика GJ 1002 с минимальной массой
 Msini = 1,08 ± 0,13 земной. Правда это только минимально возможная масса, какова она на самом деле пока неизвестно.

Также была обнаружена транзитная суперземля в обитаемой зоне у звезды  LP 890-9, планета LP 890-9c с радиусом в ~ 1.367 земного. и  равновесной температурой  в 272 ± 2 K, с благоприятной для наблюдений  метрикой трансмиссионной спектроскопии.
TESS - космический телескоп для поиска экзопланет
 Открыта была суперземля у красного карлика  Gl 514, которая 1/3 своего периода обращения проводит в обитаемой зоне.
Еще одна  суперземля у внутреннего края  обитаемой зоне была открыта у красного карлика Ross 508,   Ross 508b.

Кроме того были обнаружены землеразмерные планеты за пределом обитаемой зоны, это   TOI - 500,  транзитная землеразмерная планета у красного карлика  GJ 3929, или суперземли  LP 890-9b, HD 260655 b,  котрые однако располжены ближе обитаемой зоны своих звезд.

Ну что ж, открытия  многообещающих планет, по размерам и массе близких к Земле, в обитаемых зонах  своих звезд  пока нечастые случаи.

Таковы новые сведения полученные в прошедшем году, что то может пропущено или не точно.

[Olweg]

Из новостей о ближайших планетных системах можно отметить, что появились новые свидетельства, что планета  Проксима d реальна, теперь Проксима Кентавра трехпланетная система.
Планеты Проксимы

Но вот вторая, внешняя планета под большим вопросом. Я был уверен, что ESPRESSO её подтвердил, но как выясняется нет, такая задача вообще не ставилась. А к данным HARPS есть вопросы. Правда, есть астрометрическое подтверждение по архивным данным «Хаббла», но насколько оно надёжно, неясно.

[vika vorobyeva]

Я был уверен, что ESPRESSO её подтвердил, но как выясняется нет, такая задача вообще не ставилась.

Орбитальный период планеты c около 5.2 лет, а поскольку полуамплитуда колебаний лучевой скорости, наводимых на Проксиму, всего около 1.2 м/с, для надежной регистрации надо охватить полный орбитальный период планеты, а лучше парочку. У ESPRESSO просто пока не было времени это сделать.

[Olweg]

Да, пока были данные только с 18 по 21 год, да и то с большим перерывом из-за ковида…

[Klapaucius]

GJ 486b с радиусом 1,3 земного и T равн. = 700K, обладает одной из самых больших метрик трансмиссионной спектроскопии.
Авторы наблюдали три прохождения GJ 486b, используя три разных спектрографа высокого разрешения: IRD на Subaru, IGRINS на Gemini South и SPIRou на канадско-французско-гавайском телескопе для поиска  широкого спектра молекулярного поглощения газов атмосферы H2O, CH4, NH3, HCN, CO2, и  CO, с помощью метода кросс-корреляции, но не обнаружили никаких надежных свидетельств атмосферы.

 Результаты измерений показывают, что GJ 486b не обладает чистой атмосферой с преобладанием H2/He.

Хотя был сделан важный вывод, что атмосфера не может состоять на 100% из водяного пара.

700К это покруче чем Венера. Водяной пар при такой температуре существовать долго и не может. Вроде есть простой механизм разложения (кислород ещё может задержаться с углеродом в виде углекислого газа). Ну а уж водород с гелием... Ну очень быстро улетучились давным-давно.

[Dayan]

700К это покруче чем Венера. Водяной пар при такой температуре существовать долго и не может. Вроде есть простой механизм разложения (кислород ещё может задержаться с углеродом в виде углекислого газа). Ну а уж водород с гелием... Ну очень быстро улетучились давным-давно.

Может, и 700 K для воды – это очень немного. Водяной пар находят по наблюдениям на планетах с температурами гораздо выше этой (на большинстве горячих юпитеров и нептунов из тех, что изучают методами трансмиссионной спектроскопии; находят её и на горячих суперземлях, например, на 55 Cnc e, где температура дневной стороны около 3770 K, и ночной около 1650 K).
То, что воду разложить просто – это неправда. Количество энергии, которую нужно затратить на расщепление воды составляет 286 кДж/моль, а такая же энергия для углекислого газа – 394 кДж/моль при тех же условиях, что не сильно больше (но это в молях, а в переводе на килограммы воду разложить сложнее). Для сравнения, у угарного газа эта теплота вообще составляет около 111 кДж/моль, у метана – 75 кДж/моль.

[Klapaucius]

находят её и на горячих суперземлях, например, на 55 Cnc e, где температура дневной стороны около 3770 K, и ночной около 1650 K

Масса 8,6 земных всё же не 1,3. Вторая космическая скорость сильно разная.

[vika vorobyeva]

Масса 8,6 земных всё же не 1,3

Там радиус 1.3 радиусов Земли, а не масса. При средней плотности, равной земной, масса планеты с радиусом 1.3 радиусов Земли составит 2.2 масс Земли, а с учетом того, что средняя плотность (в случае железокаменного состава) должна быть выше из-за большего сжатия недр, то масса может достигать 2.5-3 масс Земли.
При оттоке водорода паровая атмосфера может обогащаться молекулярным кислородом. Соотношение обоих веществ зависит от изначального обилия воды и темпов улетучивания водорода. Хотя, если эта планета железокаменная и проявляет вулканическую активность, кислород будет связываться неокисленными горными породами, а основной атмосферной составляющей станет углекислый газ. А вот если это океанида (супер-Ганимед), то воды там надолго хватит, даже с учетом фотолиза водяного пара, и атмосфера будет преимущественно паровой.

[Klapaucius]

ам радиус 1.3 радиусов Земли, а не масса. При средней плотности, равной земной, масса планеты с радиусом 1.3 радиусов Земли составит 2.2 масс Земли, а с учетом того, что средняя плотность (в случае железокаменного состава) должна быть выше из-за большего сжатия недр, то масса может достигать 2.5-3 масс Земли.

Понял, ошибочка вышла. Так тем более, нашли планету с такой массой и радиусом (легко посчитать вторую космическую, с погрешностью плюс-минус лапоть, но не сильно), а мощной водородной, гелиевой или даже из водяного пара атмосферы не нашли! Странно, да? Мне нет.

[Dayan]

Понял, ошибочка вышла. Так тем более, нашли планету с такой массой и радиусом (легко посчитать вторую космическую, с погрешностью плюс-минус лапоть, но не сильно),

Ещё раз – 700 K равновесной температуры, это не критично для воды на подобных планетах. Вторая космическая на Gl 486 b составляет около 1.49 земного значения (при массе ~ 3.0 M⊕ и радиусе 1.343 R⊕ согласно статье), а на 55 Cnc e – 2.10 земного значения (при оценке массы 8.59 M⊕, и радиусе 1.947 R⊕). Не такая уж большая разница по сравнению с разницей в равновесной температуре ~ 700 K и ~ 2000 K.

а мощной водородной, гелиевой или даже из водяного пара атмосферы не нашли!

Не нашли ЧИСТОЙ атмосферы из водяного пара или водорода-гелия (см. статью; в статьях, где исследуются спектры экзопланет вроде Gl 486 b специально это подчёркивают), что не исключает паровой атмосферы с облаками или дымкой/туманами. Так же, как и не находят такой атмосферы у мининептунов или водных планет наподобие GJ 1214 b или L 98-59 c и d – у них плоский спектр без линий поглощения каких-либо веществ вообще, в широком диапазоне, и это объясняют именно присутствием облачности.