Китайські астрономи проаналізували дані космічного телескопа TESS і за транзитом відшукали подібну до Юпітера планету-гіганта близ червоного карлика М-типу. Досі вважалося, що такі великі планети не можуть утворюватися біля таких маленьких зір, а тому поки їх відомо всього п'ять. Однак TOI-530b, що всього на 17 відсотків менша за Юпітер, кожні 6,39 дня обертається навколо вдвоє меншої за Сонце зорі. Стаття прийнята до публікації у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а поки на сервісі arXiv доступний її препринт.
NASA's Goddard Space Flight Center
Навіщо астрономи шукали планету біля карлика?
Насправді M-карлики — популярні зорі для дослідження екзопланет. По-перше, вони відмінно підходять для методу променевих швидкостей, оскільки зміни більш значні, ніж зміни навколо зірок, подібних до Сонця, що дозволяє отримати, наприклад, точніші значення маси. По-друге, їхні невеликі зіркові радіуси призводять до більшого співвідношення радіусів планети і зірки, що сприяє швидкому виявленню транзиту і подальшим фотометричним спостереженням.
Та й самі планети навколо карликів М-типу також є привабливими джерелами для визначення характеристик атмосфери за допомогою спектроскопії, оскільки дають вище відношення сигнал-шум, ніж еквівалентні системи з зірками інших типів. І звичайно, через низьку світність, придатна для життя зона M карликів знаходиться ближче до зірки, що спрощує пошук планет з потенційними біомаркерами.
Однак, не зважаючи на те, що M-карлики є найчисленнішим зоряним населенням у нашому Чумацькому Шляху, повз них проходять всього п'ять планет-гігантів: Кеплер-45b, HATS6b, NGTS-1b, HATS-71b і TOI-1899b. Хоча за останні два десятиліття транзитних планет-гігантів, тобто планет з масою в 0,3 Юпітера, виявили більше тисячі.
Пошук планет транзитним методом, на який націлена TESS / NASA's Goddard Space Flight Center
Чому планети-гіганти не обирають карликів?
Вважається, що нестача таких систем викликана невдалими умовами для росту масивного ядра. Планеті потрібно встигнути набрати собі матеріалу з протопланетного диска зірки до того, як він розсіється, а через низьку поверхневу густину у маленьких зірок це відбувається досить швидко. Астрономічна статистика говорить, що навколо маломасивних зірок в основному обертаються планети з радіусами від 1 до 4 земних. Астрономи навіть припускають, що деякі з них можуть бути голими ядрами газових гігантів. Спостереження за допомогою мікролінзування допомогли знайти безліч холодних Юпітерів на відстані більше однієї астрономічної одиниці від М-карликів, що вказує на те, що зовнішні планети-гіганти, ймовірно, не рідкість. Хоча вони могли потрапити на свої орбіти завдяки гравітаційній нестабільності.
Втім, не зважаючи на це, ми все-таки знаємо п'ять планет-гігантів навколо таких зірок. І досі не зрозуміло, як вони опинилися на своїх короткоперіодичних орбітах (до 30 днів). Тому астрономи з Університету Цінхуа в Пекіні почали переглядати дані космічного телескопа для дослідження транзитних екзопланет TESS.
Отримана під час транзиту крива блиску. Gan et al., 2021
Кого відшукали астрономи?
Дослідники встановили поріг маси зірки між 0,08 і 0,65 сонячної і, з огляду на низьку частоту появи гарячих Юпітерів, шукали саме транзити, а не покладалися на радіальні швидкості. У результаті вчені проаналізували понад 30 тисяч наборів фотометричних даних з 15 грудня 2018 по 13 січня 2021 і знайшли на відстані 481,5 світлового року від нас тьмяного червоного карлика. Його радіус складає всього 0,54 сонячного, а маса — 0,53 сонячних. Світність зорі складає всього 0,049 сонячної, що робить її однією з найслабших зірок, доступних для наземної спектроскопії. А потім змінами блиску, знайшли і її планету. TOI-530b виявилася набагато більш вражаючою — з радіусом в 0,83 юпітеріанского і масою в 0,4 Юпітера. Вона стала шостою транзитною планетою-гігантом на орбіті зірки М-типу, що робить її цінним об'єктом для подальшого вивчення історії формування та міграції подібних планет.
Навколо своєї зірки TOI-530b обертається кожні 6,39 дня і не зважаючи на те, що досліджувати атмосферні властивості TOI-530b складно через слабкість батьківської зірки, вона дозволить визначити кут нахилу, що допоможе зрозуміти, як вона біля своєї зірки опинилася. Планета чекає нової серії спостережень з 12 жовтня по 2 грудня 2021.
Дослідники наполягають на тому, що гарячих масивних планет-гігантів на відстані менше астрономічної одиниці навколо M-карликів недостатньо, проте TOI-530b вказує на можливу кореляцію між утворенням гарячої планети-гіганта і металічністю її батьківської зірки. Батьківські зірки чотирьох відомих транзитних планет-гігантів разом з TOI-530, багаті металами, проте цього мало, щоб відстежити зв'язок. Через невелику вибірку зробити однозначні висновки складно, проте астрономи вважають, що якщо батьківська зірка багата металами, вона може компенсувати слабкість протопланетного диска. Метали теоретично можуть поставляти більш твердий матеріал, який планета може використовувати для акреції. Тим більше, що альтернативний варіант, який пропонує міграцію подібних планет-гігантів ближче до таких зірок, навряд чи є основним механізмом.