Открытия и исследования экзопланет

[Foma]

arXiv:2505.14317: CORALIE radial-velocity search for companions around evolved stars (CASCADES) IV: New planetary systems around HD 87816, HD 94890, and HD 102888 and an update on HD 121056

Программа CASCADES, которая уже почти 20 лет методом радиальных скоростей ищет планеты у ярких звезд-гигантов умеренной массы, сообщает об открытии еще 5 юпитеров у 3 звезд:

Наиболее экстравагантна система HD 87816 с двумя планетами на эксцентричных орбитах. Из ~200 известных экзопланет у звезд-гигантов лишь 2 имеют эксцентриситет больший, чем внутренняя HD 87816b. Учитывая большую светимость звезды (45 L_⊙), в перицентре планету вполне можно считать горячим юпитером.


Лучевые скорости планет HD 87816 b и c (вверху и внизу)

Система HD 94890 является примером редкого резонанса 3:1, который должен приводить к сильному гравитационному взаимодействию. В перспективе это позволит определить наклонения и истинные массы планет. Лучевая скорость HD 102888b показывает линейный тренд ~6.4 м/с в год, вероятно вызванный компаньоном на внешней орбите. Это может быть коричневый карлик массой 14 M_J на орбите с a~20 а.е., либо еще более массивное тело на более дальней орбите.

[Foma]

arXiv:2507.00933: A first look at rocky exoplanets with JWST

Каковы итоги 3 лет исследований атмосфер каменистых экзопланет на JWST? Что нового мы узнали и чего достигли? - примерно на такие вопросы пытаются дать ответ авторы этого небольшого, но весьма полезного обзора.  К настоящему моменту JWST провел наблюдения  десятков скалистых планет. В основном тех, которые проще всего наблюдать:  сравнительно крупных, достаточно массивных, скорее горячих, чем холодных. Почти все они находятся у М-карликов, почти все получают в сотни раз больше жесткого ультрафиолета, чем Земля, и на диаграмме "скорость убегания / поток УФ" находятся выше "космической береговой линии" - условной границы, разделяющей планеты, способные удержать атмосферу, и безатмосферные тела:


Каменистые планеты из наблюдений цикла 1-4  на JWST

Тем не менее, где-то атмосферы могли и сохраниться и JWST искал их с помощью трансмиссионной спектроскопии при транзите и по тепловому излучению. Нелишне напомнить, что увеличение глубины транзита, обусловленное поглощением атмосферными газами, очень невелико и редко превышает 0.01...0.1%. Ее можно выразить в единицах стандартной высоты атмосферы, H, которая связана с обычной глубиной транзита как
.
Например, в атмосфере Земли наибольшим поглотителем является углекислый газ, который дает относительную глубину транзита 6 H. Эффект того же порядка должен быть и в атмосферах экзопланет.

В первых два цикла JWST пронаблюдал более 60 транзитов каменистых планет. Из них 11 транзитов потрачено на 3 планеты системы L98-59, 23 транзита на семь планет TRAPPIST-1 и еще минимум по два транзита досталось еще паре десятков планет. Многие транзиты были омрачены звездным загрязнением, что значительно осложняет интерпретацию, но и точность JWST оказалась выше ожиданий, так что первые результаты не так и плохи.


На картинке выше приведен групповой портрет из 10 опубликованных спектров. Глубина транзитов приведена в единицах H, размер маркера указывает размер планеты, цвет маркера - температуру. Серые линии - полоса погрешности в 5 H, синяя линия в самом низу - реальный спектр поглощения атмосферы Земли.

4 планеты (TOI-836b,  LHS  475b,  GJ  341b, L 98-59c) имеют плоский спектр, который означает либо отсутствие атмосферы, либо дымку в верхних слоях. Еще 2 планеты (GJ 486b, GJ 1132b) имеют намеки на следы воды, а суперземля L98-59d  имеет широкую полосу поглощения на 3.3–4.8 μm, возможно связанную с соединениями серы. Но ни в одном из случае нет сигналов значимостью более 6 сигма и делать какие-то выводы пока рано. Да и из величины погрешностей видно, что до обнаружения атмосфер типа земной еще очень далеко.



Измерения яркостной температуры дневного полушария были опубликованы для 7 каменистых планет (TRAPPIST-1b,c,  GJ  1132b,  GJ  486b,  GJ  367b, LTT 1445 Ab, и LHS 1478b). На рисунке выше они нормированы на максимально возможную температуру планеты с нулевым альбедо и, в общем-то,  мало от нее отличаются. Это можно объяснить отсутствием переноса тепла, а значит - и атмосферы. Неоднозначные результаты были получены для TRAPPIST-1b, который на 12.8μm холоднее, чем на 15μm. Некоторые свидетельства теплопереноса есть для LHS 1478b, но опять же малодостоверные.

Подводя итоги, можно сказать, что ни трансмиссионная спектроскопия, ни измерения яркостной температуры не дали четких доказательств существования атмосфер у изученных планет. Вероятно никаких атмосфер там просто нет. Если более аккуратно - исключены мощные атмосферы с P>10 атм и углекислотные. И последнее на самом деле удивительно. Модели предсказывали обильное образование CO2-атмосфер на массивных горячих землях, например за счет вулканической активности. Молекула CO2 довольно прочная, малоподвержена фотодиссоциации, такие атмосферы стабильны миллиарды лет даже в жестком УФ. Но мы их не видим в этой выборке, а значит запасы углерода и кислорода на таких планетах могут быть меньше, чем принято считать.

[Foma]

arXiv:2507.07326: KMT-2024-BLG-0404L: A triple microlensing system consisting of a star, a brown dwarf, and a planet



В двойной системе, состоящей из позднего М-карлика и коричневого карлика, методом микролинзирования обнаружена планета массой M=17⁺²⁵₋₉ M_E. Все три тела расположены весьма тесно: расстояние между звездами оценивается в 0.85 а.е., а между планетой и главной звездой - 0.34 а.е. Это можно было бы списать на эффекты проекции на плоскость наблюдения, однако и в предыдущих случаях микролинзированием неоднократно обнаруживались аномально тесные планетные системы у двойных. Например OGLE-2006-BLG-284L (arXiv:2005.07199), тоже пара из М-карлика и коричневого карлика в 2.1 а.е друг от друга + газовый гигант в 2.2 а.е. от главной звезды. Вероятно все это циркумбинарные планетные системы с весьма причудливой орбитальной архитектурой.

[Foma]

4-8 января пройдет конференция AAS247, где будут представлены и очередные результаты по экзопланетам.

Из интересного:

Discovery of TOI-4129b, an Excellent Target for Atmospheric Characterization in the Neptune “Ridge”

В рамках программы исследования кандидатов TESS определены характеристики TOI-4129b - горячего нептуна на орбите P=3.27 дня у яркого К-карлика. Планета имеет радиус R_p=5.7±0.3 R_🜨, массу 29.2±5.4 M_🜨 и находится на "хребте нептунов",  зоне повышенной концентрации этих планет на периодах P=3-6 дней. Трансмиссионная метрика TSM~82, идеально для JWST.

JWST/NIRSpec Transmission Spectrum of the Ultrahot Neptune LTT 9779 b

LTT 9779 b - ультрагорячий нептун с периодом P=0.79 дня и T~2200 К,  тем не менее сохранивший свою атмосферу. Там есть облака из силикатов магния, подарившие планете рекордное альбедо 0.73±0.11, и следы паров воды. Новые наблюдения JWST уточнили концентрации CO и H2O и нашли SO2.

Exoplanet Transmission Spectroscopy Results from the COMPASS Program with JWST NIRSpec

JWST получил трансмиссионый спектр горячей суперземли HD 15337b (R=1.77 R_🜨, M=6.519 M_🜨, T~1006 K). Атмосферы (ожидаемо) не обнаружено. Исключены и H2/He, и C/O атмосферы умеренных металличностей без облаков.

JWST observations of the cornerstone temperate sub-Neptune K2-18b

Сразу несколько докладов посвящены знаменитому субнептуну K2-18b, о природе которого сломано столько копий. Аннотации интригуют, не раскрывая больших деталей. Насколько можно понять, дополнительные наблюдения JWST позволили получить трансмиссионный спектр во всем диапазоне 0.8-12 мкм. Теперь железно подтверждены и измерены CH4 и CO2 и не обнаружены H2O, NH3 и CO. Дальше есть разные варианты, но в целом все сходится к тому, что воды на планете много - в холодных ловушках, но не в разреженной водородной атмосфере.

[Foma]

Кстати сказать, 11 января запущен небольшой космический телескоп для исследования экзопланет:



Pandora отправилась на солнечно-синхронную орбиту совместно с 39 другими спутниками на ракете Falcon 9. Pandora очень похожа на  европейский проект CHEOPS - аппарат массой около 300 кг с телескопом апертурой 0.45 м. Целью является не поиск экзопланет, а определение "звездного" загрязнения их транзитных сигналов. По вариациям блеска в видимом диапазоне будет определена доля поверхности звезды, покрытая пятнами, а с помощью ИК хотят разделить спектральный вклад пятен, протуберанцев и фотосферы, ну и получить трансмиссионные спектры планет на 0.87-1.63 мкм.  Всего планируется отнаблюдать 20 целей, по 10 суточных наблюдений на каждую (список).



Почти все это горячие нептуны и юпитеры у красных карликов, суперземель тут почти нет, знаковых экзопланет вроде TRAPPIST-1 - тоже. Заявляется синергия с JWST, но не в виде синхронных наблюдений, а просто в поддержку. В общем, довольно скромная программа для такого немаленького телескопа с неплохим видимо спектрографом. Единственно что недорого, вся миссия обошлась в 20 М$ (у CHEOPS - 50 М€).

Подробнее:
Официальный сайт
arXiv:2108.06438: The Pandora SmallSat: Multiwavelength Characterization of Exoplanets and their Host Stars
arXiv:2502.09730 :The Pandora SmallSat: A Low-Cost, High Impact Mission to Study Exoplanets and Their Host Stars

[Foma]

arXiv:2602.08929: RedDots: Multiplanet system around M dwarf GJ 887 in the solar neighborhood

У М-карлика GJ 877, где в 2020 г методом лучевых скоростей были открыты две суперземли, HARPS и ESPRESSO нашли еще две планеты: землю с периодом P=4.42 дня и суперземлю с P=50.77 д. Теперь система выглядит так:

Внешняя суперземля имеет инсоляцию 0.81±0.13 S_⊕ и попадает в зону обитаемости. Ни для одной планеты транзитов найти не удалось, так что при неудачном наклонении это может быть и океанида, и субнептун. Также стоит отметить, что GJ 877 удалена от нас всего на 3.29 пк и планету d можно будет наблюдать непосредственно на ELT. При угловом расстоянии от звезды θ=65 mas она будет доступна HARMONI (внутренний рабочий угол коронографа IWA=50 mas), а в перспективе и PCS (IWA=20 mas).