Открытия и исследования экзопланет

[Dayan]

Пересмотрена масса чрезвычайно плотного мини-нептуна HD 119130 b: https://arxiv.org/pdf/2411.02518

В 2018 году у солнцеподобной звезды HD 119130 (K2-292) обнаружили планету радиусом 2.63 ± 0.11 радиусов Земли и массой 24.5 ± 4.4 масс Земли, что приводило к средней плотности 7.4 ± 1.6 г/куб.см и вызывало большие вопросы, а как такая планета могла образоваться. Теперь группа товарищей, объединив измерения лучевой скорости HD 119130, полученные на HIRES, HARPS и HARPS-N, получила новую оценку массы – 8.8 ± 3.2 масс Земли (или верхний предел в 15.4 масс Земли с достоверностью в 98%).

Возникает вопрос, как такое могло получиться.

Ого, масса HD 119130 b после пересмотра уменьшилась аж почти втрое! Теперь это обычный мининептун со средней плотностью ~ 2.7 г/см³.

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве настоящий планетопад

1. Представлен очень молодой горячий юпитер NGTS-33 b (TOI-6442 b) у столь же молодой горячей быстро вращающейся звезды спектрального класса A9:
https://arxiv.org/pdf/2411.08960

NGTS-33 удалена от нас на 438.5 ± 7.1 пк, ее возраст – 10-50 млн. лет. Масса 1.6 ± 0.1 солнечных масс, радиус 1.47 ± 0.06 солнечных радиусов, светимость 5.91 ± 0.54 солнечных. Звезда очень быстро вращается, она делает один оборот всего за 0.6654 суток (примерно 16 часов).
При радиусе 1.64 ± 0.07 радиусов Юпитера масса NGTS-33 b достигает 3.6 ± 0.3 масс Юпитера, что приводит к средней плотности 0.19 ± 0.03 г/куб.см. Планета вращается на расстоянии 7 звездных радиусов и делает один оборот за 2.828 суток, ее эффективная температура – 1991 ± 21 К.
Для своей массы планета раздута где-то на 15%, возможно, она продолжает сжиматься. Из-за очень быстрого вращения звезды эта система – прекрасный кандидат на измерение наклонения орбиты к экватору звезды с помощью эффекта МакЛафлина.

2. Методом лучевых скоростей открыта суперземля Gl 725A b: https://arxiv.org/pdf/2411.09506

Gl 725A (HD 173739) – красный карлик спектрального класса M3V, удаленный от нас всего на 3.5231 ± 0.0002 пк. Масса звезды 0.330 ± 0.008 солнечных масс, радиус 0.351 ± 0.003 солнечных радиусов, светимость в 64.4 раза меньше солнечной. Звезда зрелого возраста 6.2 ± 2.3 млрд. лет.
Gl 725A входит в состав широкой пары, ее компаньон спектрального класса M4V. Звезды вращаются вокруг общего центра масс по эллиптической орбите с большой полуосью 63 ± 1 а.е. и эксцентриситетом 0.29 ± 0.01, и делают один оборот за 871 ± 108 лет.
Авторы собрали 176 измерений лучевой скорости Gl 725A на спектрографе SOPHIE и 213 измерений на SPIRou, 12 из которых пришлось выкинуть из-за плохого качества.

Лучевая скорость звезды демонстрирует когерентное колебание в периодом 11.21 суток, которое интерпретируется как наличие планеты с минимальной массой 2.78 ± 0.35 масс Земли. Большая полуось орбиты 0.068 ± 0.001 а.е., эксцентриситет определен плохо, как 0.20 ^+0.19/_-0.14. Это может быть как суперземля, так и мини-нептун, разброс возможных радиусов – 1.2-2.0 радиусов Земли. Температурный режим является промежуточным между температурными режимами Меркурия и Венеры.
Транзитов, к сожалению, не обнаружено.

[Olweg]

2. Методом лучевых скоростей открыта суперземля Gl 725A b: https://arxiv.org/pdf/2411.09506

Gl 725A (HD 173739) – красный карлик спектрального класса M3V, удаленный от нас всего на 3.5231 ± 0.0002 пк.

Другое название - Струве 2398. Входит в двадцатку ближайших систем.

[vika vorobyeva]

Методом лучевых скоростей измерили массу двух планет из трех в 3-планетной системе TOI-396 (HD 17926, HR 858): https://arxiv.org/pdf/2411.14911

Напомню, что у F8-звезды HD 17926, видимой невооруженным глазом, в 2019 году TESS обнаружила 3 транзитные планеты с орбитальными периодами 3.586, 5.973 и 11.23 суток.
Авторы новой работы получили 77 измерений лучевой скорости родительской звезды на HARPS, а также проанализировали TTV-сигналы (отклонения моментов транзитов от линейных эфемерид). В итоге параметры планет выглядят так:
Планета b: масса 3.55 ± 0.95 масс Земли, радиус 2.00 ± 0.05 радиусов Земли, средняя плотность 2.44 ± 0.69 г/куб.см, эффективная температура 1552 ± 23 К.
Планета d: масса 7.1 ± 1.6 масс Земли, радиус 2.00 ± 0.06 радиусов Земли, средняя плотность 4.9 ± 1.2 г/куб.см, эффективная температура 1061 ± 16 К.
У планеты c методом лучевых скоростей массу измерить не удалось, формальный результат 0.92 ^+0.94/_-0.63 масс Земли или верхний предел в 4 массы Земли. Радиус 1.98 ± 0.05 радиусов Земли, эффективная температура 1309 ± 19 К. Массу средней планеты не смогли измерить из-за близости ее орбитального периода к периоду вращения звезды вокруг своей оси.
Планеты b и c близки к резонансу 5:3, но не являются резонансными.

[vika vorobyeva]

Как известно, метод лучевых скоростей не позволяет определить массу планеты m, а только минимальную массу m sin i, где наклонение i в общем случае неизвестно. Угол i легко можно определить, если планета транзитная, но если нет? Оказывается, и тут ситуация не безнадежная, если в спектре системы удается зарегистрировать спектральные линии, образующиеся в атмосфере планеты. От аналогичных звездных линий их отличает сильный доплеровский сдвиг, вызванный движением планеты по орбите вокруг звезды.
Сегодня в Архиве вышла статья, посвященная измерению лучевой скорости планеты (не звезды!) в спектре системы HD 143105, где известен горячий юпитер HD 143105 b, открытый методом лучевых скоростей. Наблюдения велись на 10-метровом телескопе Кек II с помощью спектрографа KPIC, причем время наблюдений было выбрано так, чтобы лучевая скорость планеты относительно звезды была максимальной.
В итоге удалось зарегистрировать линии водяного пара, образующиеся в атмосфере планеты, и определена ее лучевая скорость – 185 ± 13 км/с. Сравнив с лучевой скоростью звезды, получили наклонение орбиты i = 78 ⁺²/_-12° и массу планеты 1.23 ± 0.1 масс Юпитера. В атмосфере найден водяной пар, но не найдено угарного газа, до уровня давления 1 бар атмосфера лишена облаков. Температурной инверсии не обнаружено.
https://arxiv.org/pdf/2412.04552

[vika vorobyeva]

Представлена массивная планета на эксцентричной орбите у солнцеподобной звезды HD 57625: https://arxiv.org/pdf/2412.06404

Максимум информации о планетной системе можно получить, изучая ее разными способами. Для массивных планет на широких орбитах лучше всего подходят метод лучевых скоростей, астрометрия и получение прямых изображений. Все это было проделано со звездой HD 57625 спектрального класса F8V, удаленной на 44.24 пк. Авторы проанализировали 70 архивных измерений лучевой скорости этой звезды, полученных SOPHIE, увидели заметное ускорение звезды по данным "Гиппарха" и "Гайи", и провели глубокий поиск возможных компаньонов с помощью инфракрасной камеры SHARK-NIR, установленной на Большом бинокулярном телескопе в Аризоне (LBT).
Светящихся объектов рядом со звездой не нашли.
В совокупности данные говорят о наличии планеты-гиганта массой 8.4 ± 1.1 масс Юпитера на орбите с большой полуосью 5.70 ± 0.14 а.е. и эксцентриситетом 0.52 ± 0.04, делающей один оборот за 4843 ± 306 суток (13.3 ± 0.8 лет).

Получены хорошие верхние пределы на наличие других планет-гигантов.

[Shandrik]

Как известно, метод лучевых скоростей не позволяет определить массу планеты m, а только минимальную массу m sin i, где наклонение i в общем случае неизвестно. Угол i легко можно определить, если планета транзитная, но если нет? Оказывается, и тут ситуация не безнадежная, если в спектре системы удается зарегистрировать спектральные линии, образующиеся в атмосфере планеты. От аналогичных звездных линий их отличает сильный доплеровский сдвиг, вызванный движением планеты по орбите вокруг звезды.
Сегодня в Архиве вышла статья, посвященная измерению лучевой скорости планеты (не звезды!) в спектре системы HD 143105, где известен горячий юпитер HD 143105 b, открытый методом лучевых скоростей. Наблюдения велись на 10-метровом телескопе Кек II с помощью спектрографа KPIC, причем время наблюдений было выбрано так, чтобы лучевая скорость планеты относительно звезды была максимальной.
В итоге удалось зарегистрировать линии водяного пара, образующиеся в атмосфере планеты, и определена ее лучевая скорость – 185 ± 13 км/с. Сравнив с лучевой скоростью звезды, получили наклонение орбиты i = 78 ⁺²/_-12° и массу планеты 1.23 ± 0.1 масс Юпитера.

Вот это да! Класс!

[Dayan]

Вчера в Архиве препринтов вышла любопытная большая статья, в которой авторы из Австрии оценили количество потенциально пригодных для жизни планет, возможно существующих в диске галактики Млечный Путь.
Eta-Earth Revisited II: Deriving a Maximum Number of Earth-like Habitats in the Galactic Disk

К сожалению, нет возможности пересказать все методы и данные, описанные в статье (она занимает 116 страниц, плюс эта статья – вторая часть по той же тематике от данных авторов), так что отправляю к первоисточнику. Но мне показались интересными несколько вещей.

Под потенциально пригодными для жизни в целом считаются скалистые планеты в диапазоне радиусов 0.5–2.0 R⊕ (*), обращающиеся в оптимистической зоне обитаемости звёзд с массами в диапазоне 0.1–1.25 M⊙ (от позднего M до среднего F классов Главной последовательности), которые в свою очередь находятся в тонком и толстом диске Галактики.
Обитаемая зона Галактики охватывает радиусы в диапазоне 2.0–21.0 кпк (т.е. расстояния от 6.5 до 68.5 тысяч световых лет), и она не включает центральную часть диска в пределах 2 кпк, балдж и гало Галактики, где условия для существования жизни считаются крайне маловероятными в силу возраста населения, металличности и других причин.
Авторы нашли, что количество землеподобных планет в нашей Галактике составляет максимум 2.5 ^+71.6_−2.4 × 10⁵. Из этого числа 0.6 ^+27.1_−0.59 × 10⁵ могут иметь подобные Земле азотно-кислородные атмосферы с небольшой долей углекислого газа.

Несколько дополнительных сведений в статье.

Согласно оценкам, приведённым авторами из других исследований, звёздная масса нашей Галактики лежит в диапазоне 45–72 млрд масс Солнца. Авторы взяли за основу звёздную массу диска 45.7 млрд M⊙ (**). Около 20% этой массы приходится на звёздные остатки (белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры), таким образом на нормальные звёзды приходится 36.6 млрд M⊙ – 28.2 млрд M⊙ на тонкий диск и 8.4 млрд M⊙ на толстый диск. Средняя звёздная масса в нынешнюю эпоху составляет 0.29 ^+0.03_–0.01 M⊙. Это значит, что общее число обычных звёзд в диске галактики Млечный Путь составляет 124.6 ^+7.5_–15.0 млрд (***). Из этого количества звёзд главной последовательности с массами 0.1–1.25 M⊙, находящихся в галактической зоне обитаемости (2.0−21.0 кпк от центра) ~ 88.1 млрд.

Приведены также оценки распределения звёзд по классам (и массам) – согласно наиболее новым:
1) на звёзды спектрального класса M (диапазон масс 0.08–0.44 M⊙ (****)) приходится ~ 79.8% всех звёзд Галактики;
2) на звёзды спектрального класса K (диапазон масс 0.45–0.79 M⊙) приходится ~ 15.67% всех звёзд Галактики;
3) на звёзды спектрального класса G (диапазон масс 0.80–1.03 M⊙) приходится ~ 3.38% всех звёзд Галактики;
4) на звёзды спектрального класса F (диапазон масс 1.04–1.39 M⊙) приходится ~ 0.84% всех звёзд Галактики;
5) на звёзды спектральных классов A (диапазон масс 1.4–2.09 M⊙), B (2.10-16 M⊙) и O приходится ~ 0.23%, 0.07%, и <0.001% всех звёзд Галактики соответственно.


* Учитывая нынешние знания об экзопланетах (например, зазор Фултона, распространённость океанид и мининептунов, а также современное состояние Марса в Солнечной системе) я бы уменьшил этот диапазон до 0.7–1.5 R⊕.
** Это без учёта звёзд балджа и гало.
*** Честно говоря я впервые вижу оценку количества звёзд в нашей Галактике в научной статье последних десятилетий (до этого приводились лишь оценки звёздной массы Галактики, но не количества звёзд из современных расчётов)! Также были лишь ссылки на очень старые оценки общего количества в диапазоне от 100 до 400 млрд.
**** Диапазон масс для звёзд ГП, но величина распространённости включает в себя и звёзды не на ГП данного класса, например субгиганты, гиганты, сверхгиганты.

[Olweg]

Интересно! Надо будет подробнее почитать.

Это значит, что общее число обычных звёзд в диске галактики Млечный Путь составляет 124.6 ^+7.5_–15.0 млрд (***).

Помню в школе ещё читал книгу «Сто миллиардов солнц» Киппенхана. С тех пор, по моему впечатлению, оценки галактического населения увеличивались, обычно упоминалось 200 или 400 млрд. Хотя исследований на эту тему не читал. Выходит, старые оценки были всё-таки надёжнее.

[Маковец]

Авторы нашли, что количество землеподобных планет в нашей Галактике составляет максимум 2.5 +71.6−2.4 × 105. Из этого числа 0.6 +27.1−0.59 × 105 могут иметь подобные Земле азотно-кислородные атмосферы с небольшой долей углекислого газа.

Но кислород сам является предметом жизнедеятельности бактерий, и то не сразу. Только через миллиарды лет. Так что кислород не нужен.

[Dayan]

Помню в школе ещё читал книгу «Сто миллиардов солнц» Киппенхана. С тех пор, по моему впечатлению, оценки галактического населения увеличивались, обычно упоминалось 200 или 400 млрд. Хотя исследований на эту тему не читал. Выходит, старые оценки были всё-таки надёжнее.

Ну, прибавляем сюда массу балджа, 13.4 млрд M⊙, т.е. 36.6 млрд звёзд (при такой же средней массе звёзд, хотя там она может быть ниже, чем в диске), и гало, 1.3 млрд M⊙, т.е. 3.5 млрд звёзд, получаем общее количество звёзд в Галактике около 164.7 млрд. В принципе оценка 200 млрд ближе, а диапазон 100–200 млрд тоже неплохо.

[Goodricke]

«Сто миллиардов солнц» Киппенхана.

У меня есть. Книга вообще интересная. 

[Wert]

Кстати, там упоминается образование планет с океанами и сушей. Есть такая интересная статья, где авторы, используя ab initio симуляцию молекулярной динамики, показывают, что планета может даже с десятками (!) процентов воды  иметь континенты за счет связывания воды мантией и ядром.

[Dayan]

Есть такая интересная статья, где авторы, используя ab initio симуляцию молекулярной динамики, показывают, что планета может даже с десятками (!) процентов воды  иметь континенты за счет связывания воды мантией и ядром.

Здесь на самом деле не всё так хорошо. Эффективное растворение воды в мантии и ядре планеты начинается только при высоких температурах и давлениях – подобные условия выполняются для горячих (равновесная температура поверхности которых превышает 400 K, т.е. для планет горячее Меркурия) и более массивных, чем Земля планет. Авторы сами пишут, что для более умеренных планет, на которых нет глобальных магматических океанов, ядро ​​и мантия могут не находиться в равновесии с водой.

[Wert]

Здесь на самом деле не всё так хорошо.

Однако там есть такие фразы.

Our results have significant implications for the potential habitability of water-rich worlds.

Our research thus opens up new possibilities for understanding the habitability of exoplanets and sheds light on the potential existence of water-rich worlds that can support life.

Да и разве не могло произойти распределение воды в начале существования планеты и во время ее образования, когда инсоляция была намного больше за счет нахожденя звезды на предглавной последовательности?

[Dayan]

Однако там есть такие фразы.

Our results have significant implications for the potential habitability of water-rich worlds.

Our research thus opens up new possibilities for understanding the habitability of exoplanets and sheds light on the potential existence of water-rich worlds that can support life.

Стандартные фразы в конце основной части статьи в качестве ничего не утверждающей дискуссии (такое сплошь и рядом бывает в статьях – в разделах с дискуссиями или заключении какие-то суждения авторов, часто выходящие за рамки данного исследования, не подвергаются критике рецензентов или других научных групп). Это больше задел для новых исследований и для грантодателей.

Да и разве не могло произойти распределение воды в начале существования планеты и во время ее образования, когда инсоляция была намного больше за счет нахожденя звезды на предглавной последовательности?

Разделение воды и горных пород (расслоение) возможно при относительно низких температурах и давлениях. Если верхний слой мантии планеты не расплавлен, то на поверхности планеты может начаться накопление значительных количеств воды (при тонкой атмосфере и относительно низкой инсоляции), и эффективный отвод тепла недр в слое воды за счёт конвекции, а значит ускорение разделения.

[Vavanzer]

Разделение воды и горных пород (расслоение) возможно при относительно низких температурах и давлениях. Если верхний слой мантии планеты не расплавлен, то на поверхности планеты может начаться накопление значительных количеств воды (при тонкой атмосфере и относительно низкой инсоляции), и эффективный отвод тепла недр в слое воды за счёт конвекции, а значит ускорение разделения.

   Про лед и снег забыли!?) Он хороший теплоизолятор! Если будет низкая инсоляция, и низкое давление, то 100% это будет планета-снежок!)

Но кислород сам является предметом жизнедеятельности бактерий, и то не сразу. Только через миллиарды лет. Так что кислород не нужен.

  Он неплохо образуется и в результате фотолиза воды!
 Не исключено что кислородная атмосфера может встретиться и в "мертвых" мирах, где имеются океаны, льды, в общем воды нормальное количество.
 Что и говорить, что даже на Марсе он есть, 1% от его дохленькой атмосферы!))) Про ледяные спутники вообще молчу, они непрерывно поставляют кислород в околопланетное пространство!))
   Вопрос, только сколько кислорода может обепечить фотолиз около аналогичной Солнцу звезде, там +_, я пока не прояснил! Но то что это ощутимый фактор пополнения атмосферы, после биогенного, уже давно понятно!

[Vavanzer]

* Учитывая нынешние знания об экзопланетах (например, зазор Фултона, распространённость океанид и мининептунов, а также современное состояние Марса в Солнечной системе) я бы уменьшил этот диапазон до 0.7–1.5 R⊕.

   Желательно, а может быть и обязательно, чтоб потенциальная жизнепригодная (по нашим меркам) планета не удерживала водород. На мой взгляд, это важный критерий! Водород все испортит. С кислородом он не совместим. И всяких соединений с ним возникнет вредоносных. Метан, аммиак, и прочи углеводороды, в небольшом количестве! И кислород копиться не сможет! Не совместимы они !)
  А если каким то чудом и накопится, то при первой же грозе долбанет это все))) Шутка конечно))) Но как то так, скорее всего!

 Ну и сама по себе атмосфера слишком плотная будет, вероятнее всего, с высоким давлением, 10+ атмосфер  Изза худшей диссипации и большей гравитации. Планету надо как минимум оттаскивать куда-нибудь в "область Юпитера", чтоб температура боле мене была у поверхности.

[Эркин]

В атмосфере что-то должно кончиться раньше - или водород или кислород.

[vika vorobyeva]

Измерили наклонение орбиты горячего нептуна TOI-1694 b к экватору звезды: https://arxiv.org/pdf/2412.07950
Наклонение оказалось равным 9 ⁺²²/_-18°. Другими словами, планета вращается примерно в плоскости экватора своей звезды.

Напомню, что TOI-1694 b – тяжелый нептун массой 26.1 масс Земли и радиусом 5.44 радиусов Земли, вращающийся вокруг оранжевого карлика с периодом 3.77 суток. В системе также есть внешняя планета – газовый гигант с минимальной массой 1.05 масс Юпитера и орбитальным периодом 389 суток.