Найдена экзопланета в обитаемой зоне красного карлика

В 2017 году космический телескоп «Кеплер» выполнил серию наблюдений звездной системы K2-288, расположенной на расстоянии 226 световых лет в созвездии Тельца. Она состоит из пары красных карликов, разделенных дистанцией примерно 55 а. е. (8.2 миллиарда км). Более крупный компонент системы весит в два раза меньше Солнца. Масса второго светила составляет примерно одну треть от массы нашей звезды.

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7313

Система K2-288 в представлении художника

Во время анализа данных «Кеплера» астрономы нашли следы периодических изменений блеска меньшего компонента системы. Они соответствовали транзиту планетоподобного спутника с периодом обращения в 31.3 дня. Объект получил обозначение K2-288Bb. Но дело в том, что «Кеплеру» удалось увидеть лишь два транзита K2-288Bb, в то время как согласно существующим правилам, чтобы заявить об обнаружении экзопланетного кандидата требуются данные как минимум о трех транзитах.

Решение проблемы крылось в особенностях ранних версией программного обеспечения, использовавшегося для анализа данных «Кеплера». Оно не учитывало первые несколько дней наблюдений, в которых и «скрывался» недостающий транзит K2-288Bb.

После исправления ПО, повторно обработанные данные «Кеплера» в том числе включавшие и результаты наблюдений системы K2-288 были выложены в открытом доступе на сайте Exoplanet Explorers. Суть проекта заключается в том, что любой желающий может проанализировать результаты наблюдений космического телескопа и попытаться найти новую экзопланету.

Вскоре группа астроэнтузиастов обнаружила следы третьего транзита K2-288Bb. Сообщение о находке привлекло внимание команды американских астрономов. После повторного изучения результатов «Кеплера», а также анализа данных, собранных телескопами Spitzer, Gaia и обсерваторией Кека, исследователи подтвердили факт существование экзопланеты.

K2-288Bb оказалась очень любопытным телом. Его диаметр в 1.9 раза превышает диаметр Земли. Экзопланеты подобных размеров встречаются крайне редко. Астрономы даже ввели термин разрыв Фултона для обозначения нехватки миров, диаметр которых в 1.5 – 2 раза превышает диаметр Земли. Считается, что он обозначает границу между большими каменистыми телами (т.н. суперземли) и малыми газовыми гигантами (т.н. мининептуны).

Данные о соотношении размеров экзопланет, демонстрирующие разрыв Фултона

Также стоит отметить, что орбита K2-288Bb пролегает в обитаемой зоне. Это означает, что планета получает достаточное количество тепла, чтобы ее поверхности (или поверхности ее спутников) могла существовать вода в жидком виде.

«Хаббл» увидел разрушение осколочного диска вокруг красного карлика

Группа исследователей из США и Европы выдвинула гипотезу о том, что почти все экзопланеты у красных карликов могут представлять собой пустынные и засушливые миры, изначально не пригодные к зарождению и поддержанию жизни. Ученые пришли к такому выводу на основании результатов наблюдений телескопа «Хаббл» за системой AU Микроскопа (AU Mic), расположенной на расстоянии 32 световых лет от Солнца.

http://hubblesite.org/news_release/news/2019-02

AU Mic состоит из молодого красного карлика, чей возраст оценивается в 23 миллиона лет. Он окружен осколочным диском, повернутым «ребром» по отношению к Солнечной системе. Его масса оценивается в 1.7 массы Земли.

В ходе недавних наблюдений «Хабблу» удалось обнаружить в этом диске шесть удаляющихся от звезды облаков вещества, чьи диаметры сопоставимы с расстоянием между Солнцем и Юпитером. Они движутся со скоростями от 15 тысяч до 43 тысяч км/ч и находятся на расстоянии от 1.5 миллиардов до 8.9 миллиардов км от звезды.

Lва снимка осколочного диска вокруг молодого красного карлика AU Mic сделанные с интервалом в 6 лет. Они показывают смещение одного из облаков

Сами по себе, эти облака весят немного. Их масса в 2.5 миллиона раз меньше массы Земли. Но, по словам ученых, они воздействуют на вещество в осколочном диске, рассеивая его и выталкивая за пределы системы частицы воды и летучих веществ. По расчетам исследователей, такими темпами осколочный диск вокруг AU Mic прекратит свое существование всего через 1.5 миллиона лет.

Согласно популярному мнению, вскоре после своего формирования Земля представляла «сухой» мир. Вода и органические соединения были занесены ее поверхность позже в ходе бомбардировки кометами и астероидами, выкинутыми из внешней части Солнечной системы. Однако в случае с AU Mic подобный сценарий невозможен. Вода и органические соединения будут «унесены» из ее окрестностей еще до того, как успеют достигнуть формирующихся планет.

Астрономы пока не знают причину образования облаков в осколочном диске AU Mic. По одному из предположений, они сформировались в результате выбросов массы самой звезды, поскольку такое поведение распространено среди молодых красных карликов.

Разумеется, открытие ставит резонный вопрос о том, насколько наблюдаемые в системе AU Mic процессы типичны для других звезд подобного класса. Чтобы ответить на него необходимо провести наблюдения других звезд окруженных протопланетными дисками. Сами исследователи считают, что поскольку AU Mic является одним из ближайших к нам молодых красных карликов, крайней маловероятно, чтобы наблюдаемые процессы были уникальны и чем-то отличались от аналогичных систем.https://universemagazine.com/8988/

Три четверти звезд Млечного Пути — мелкие и сравнительно холодные красные карлики М-класса. Светят они неярко, зато способны сохранять стабильность, теоретически, вплоть до десятков триллионов лет. Все это делает их экзопланеты перспективными кандидатами на развитие жизни. Однако авторы новой статьи, опубликованной в The Astrophysical Journal, показали, что красные карлики могут оказаться крайне опасными для жизни светилами.

Парк Лойд (Parke Loyd) и его коллеги изучают красные карлики и их окрестности в рамках специализированной программы работы космического телескопа Hubble — HAZMAT (HАbitable Zones and M dwarf Activity across Time, «Зоны обитаемости и активность М-карликов во времени»). В самом деле, умеренные и стабильные красные карлики предоставляют своим планетам комфортные области, в которых температура не слишком высока и не слишком низка, позволяя сохраняться жидкой воде — одному из ключевых условий жизни. Однако влагой потребности биохимической эволюции не исчерпываются.

Безопасность развития, пожалуй, важна не менее, и вот с ней у жизни на таких планетах могут быть проблемы. Наблюдения, проведенные по программе HAZMAT в дальнем УФ-диапазоне, позволили рассмотреть поверхности 12 молодых красных карликов, расположенных на расстоянии от 120 до 165 световых лет. И менее чем за сутки мониторинга на них было зарегистрировано целых 18 мощных вспышек, энергия десяти из которых превысила 1023 Дж — количество, поступающее на Землю от спокойного Солнца за целую неделю. А самая мощная даже получила собственное название — Hazflare — и составила 1025 Дж.

«Мы наблюдаем Солнце сотни лет и за все это время увидели одну, может, две вспышки, энергия которых хотя бы приближается к Hazflare, — говорит Парк Лойд. — При этом мы поймали Hazflare меньше чем за сутки наблюдений Hubble за этими молодыми. Значит, такие вспышки происходят там ежедневно, а то и чаще». Если молодые красные карлики действительно проявляют такую бурную активность, то для жизни в их окрестностях это может представлять большую проблему. Эти вспышки способны «сдувать» атмосферу, обедняя и ослабляя ее.

С другой стороны, это еще не приговор. Да, условия на таких планетах должны быть суровее, чем на нашей уютной Земле, однако они еще не за пределами возможного, и жизнь вполне способна приспособиться к ним. «Это, конечно, жесткая среда, — говорит Парк Лойд, — но я бы не стал говорить, что она стерильна». Кроме того, красные карлики возрастом старше нескольких сотен миллионов лет на средних и поздних этапах существования уже «успокаиваются» и не демонстрируют таких опасных вспышек.

Сравнение планетарной системы TRAPPIST-1 с  Солнечной системой и четырьмя лунами  Юпитера.

5 февраля 2018 года

http://www.eso.org/public/news/eso1805/

Новое исследование показало, что семь планет, вращающихся вокруг ближайшей  звезды-карлика TRAPPIST-1, состоят в основном из камня, а некоторые потенциально могут содержать больше воды, чем Земля. Плотности планет, которые теперь известны гораздо точнее, чем раньше, показывают, что некоторые из них могут иметь до 5 процентов своей массы в виде воды - примерно в 250 раз больше, чем в океанах Земли. Более горячие планеты, ближайшие к их звезде, вероятно, будут иметь плотную и горячую атмосферу, а более отдаленные, вероятно, имеют ледяные поверхности. По размеру, плотности и количеству излучения, которое они получает от своей звезды, четвертая планета выходит наиболее похожей на Землю. Кажется, это самая интересная планета из семи, и у нее есть потенциал для размещения жидкой воды.

Планеты вокруг слабой красной звезды TRAPPIST-1, всего в 40 световых годах от Земли, были впервые обнаружены телескопом TRAPPIST-South в обсерватории ESA в Ла Силле в 2016 году. В следующем году дальнейшие наблюдения с наземных телескопов, включая ESO's Very Большой телескоп и космический телескоп «Спитцер» НАСА показали, что в системе было не менее семи планет, каждая примерно такая же, как и Земля по размеру. Они называются TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g и h, с увеличением расстояния от центральной звезды.

___________________________________________________________________________

Дальнейшие наблюдения были сделаны, как с телескопов на земле, включая почти полное оборудование SPECULOOS в Паранальной обсерватории ESO, так и на космическом телескопе NASA Spitzer и Космическом телескопе Kepler. Команда ученых, возглавляемая Симоном Гриммом в Бернском университете в Швейцарии, теперь применила очень сложные методы компьютерного моделирования ко всем доступным данным и определила плотности планет с гораздо большей точностью.

Симон Гримм объясняет, как обнаруживаются массы: «Планеты ТРАПИСТ-1 настолько близки друг к другу, что они взаимно влияют друг на друга гравитационно, поэтому времена, когда они проходят перед звездой, сдвигаются незначительно. Эти сдвиги зависят от масс планет, их расстояния и других параметров орбиты. С компьютерной моделью мы моделируем орбиты планет, пока расчетные орбиты не согласуются с наблюдаемыми значениями и, следовательно, не получатся значения планетных масс ».

Измерения плотностей, в сочетании с моделями планетных композиций, свидетельствуют о том, что семь планет TRAPPIST-1 не являются бесплодными скалистыми мирами. Похоже, что они содержат значительное количество летучих материалов, возможно, воды, и в некоторых случаях, составляют до 5% массы планеты - огромное количество; для сравнения, на Земле есть только около 0,02% воды по массе!

«Плотности,хотя и важны для определения состава планет, ничего не говорят о пригодности для жизни. Однако наше исследование является важным шагом вперед, поскольку мы продолжаем изучать, могут ли эти планеты поддерживать жизнь», - сказал Брайс-Оливье Демори, соавтор в Бернском университете.

TRAPPIST-1b и c, самые внутренние планеты, вероятно, будут иметь скалистые сердечники и быть окружены атмосферой, намного более толстой, чем Земля. Между прочим, TRAPPIST-1d - самая легкая из планет около 30 процентов массы Земли. Ученые не уверены, имеет ли она большую атмосферу, океан или ледяной слой.

Ученые были удивлены тем, что TRAPPIST-1e - единственная планета в системе, немного более плотная, чем Земля, предполагая, что она может иметь более плотное железное ядро и что она не обязательно имеет толстую атмосферу, океан или слой льда.  С точки зрения размера, плотности и количества излучения, которое он получает от своей звезды, это самая близкая по пригодности к жизни,  к Земле планета.

TRAPPIST-1f, g и h достаточно далеко от звезды-хозяина, так что вода может быть только в твёрдом состоянии. Если они имеют тонкую атмосферу, они вряд ли будут содержать тяжелые молекулы, которые мы находим на Земле, такие как углекислый газ.

«Интересно, что самые плотные планеты - это не те, которые ближе всего к звезде, и что более холодные планеты не могут содержать толстые атмосферы», - отмечает Кэролайн Дорн, соавтор исследования, основанная в Университете Цюриха, Швейцария.

Система TRAPPIST-1 будет по-прежнему оставаться объектом пристального внимания в будущем со многими объектами на местах и в космосе, включая чрезвычайно большой телескоп ESO и космический телескоп NASA / ESA / CSA James Webb.

Астрономы также прилагают все усилия для поиска дальнейших планет вокруг слабых красных звезд, таких как TRAPPIST-1. Как объясняет член команды Michaël Gillon: «Этот результат подчеркивает огромный интерес к исследованию ближайших звезд красных карликов, таких как TRAPPIST-1, для поиска земного типа планет.

Заметки.

[1] Планеты были обнаружены с использованием наземного ТРАПИПТ-Юг в Обсерватории Ла Силла в Чили в ESO; TRAPPIST-North в Марокко; орбитальный космический телескоп NASA Spitzer; Инструмент ESA HAWK-I на очень большом телескопе в Паранальной обсерватории в Чили; 3.8-метровая UKIRT на Гавайях; 2-метровый Ливерпуль и 4-метровые телескопы Уильяма Гершеля на Ла-Пальме на Канарских островах; и 1-метровый телескоп SAAO в Южной Африке.

[2] Измерение плотностей экзопланет затруднены. Вам нужно узнать как размер планеты, так и ее массу. Планеты TRAPPIST-1 были найдены с использованием метода движения планеты через диск звезды - путем поиска небольших провалов в яркости звезды, когда планета проходит через ее диск и блокирует часть свет. Это дает хорошую оценку размера планеты. Однако измерение массы планеты сложнее - если никакие другие эффекты не присутствуют, планеты с разными массами имеют одинаковые орбиты, и нет прямого способа рассказать их обособленно. Но есть способ в многопланетной системе - более массивные планеты нарушают орбиты других планет более легкие. Это, в свою очередь, влияет на время движения и сообразуется с Ньютоновской механикой небесных тел вао Вселенной.. Команда, возглавляемая Саймоном Гриммом, использовала эти сложные и очень тонкие эффекты, для оценки наиболее вероятных масс для всех семи планет, основанных на большом количестве временных данных и очень сложном анализе и моделировании данных.

[3] В используемых моделях также рассматриваются альтернативные летучие компоненты, такие как диоксид углерода. Однако они предпочитают воду, как пар, жидкость или лед, как наиболее вероятный по величине компонент поверхностного материала планет, так как вода является наиболее распространенным источником летучих веществ для протопланетных дисков.

Больше информации

Это исследование было представлено в статье под названием «Природа экзопланет TRAPPIST-1» С. Гримм и др., Которые появятся в журнале «Астрономия и астрофизика».

В состав команды входят

Симон Л. Гримм (Бернский университет, Центр космоса и обитаемости, Берн, Швейцария), Брис-Оливье Демори (Бернский университет, Центр пространства и обитаемости, Берн, Швейцария).

Майкл Гильон (Космические науки , Научно-исследовательский институт технологий и астрофизики, Университет Льеж, Льеж, Бельгия).

Кэролайн Дорн (Бернский университет, Центр пространства и обитаемости, Берн, Швейцария, Цюрихский университет, Институт вычислительных наук, Цюрих, Швейцария).

Эрик Агол ( Вашингтонский университет, Сиэтл, Вашингтон, США, Виртуальная планетарная лаборатория НАН Астробиологии, Сиэтл, Вашингтон, США, Институт астрофизики Парижа, Париж, Франция).

Артем Бурданов (Научно-исследовательский институт космических наук, технологий и астрофизики, Университет Лиежа , Льеж, Бельгия).

Лаетиция Дельрез (Лаборатория Кавендиша, Кембридж, Великобритания, Научно-исследовательский институт космических наук, технологий и астрофизики, Университет Льеж, Льеж, Бельгия).

Марко Сестович (Бернский университет, Центр космоса и обитаемости, Берн, Швейцария), Амори Х.М. Дж. Триауд (Институт астрономии, Кембридж, Великобритания, Бирмингемский университет, Бирмингем, Великобритания).

Мартин Турбет (Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Университеты Сорбонны, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Париж, Франция), Émeline Bolmont (Université Paris Diderot , AIM, Sorbonne Paris Cité, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, Франция).

Энтони Кальдас (Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Пессак, Франция).

Жюльен де Вит (Отдел Земли, Атмосфера и Планетарные науки, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс, США).

Эммануэль Джехин (Научно-исследовательский институт космических наук, технологий и астрофизики, Университет Льеж, Льеж, Бельгия).

Жереми Леконте (Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux , CNRS, Пессак, Франция).

Шон Н. Раймонд (Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Пессак, Франция).

Валери Ван Гроотель (Научно-исследовательский институт космических наук, технологий и астрофизики, Университет Лиежа, Льеж, Бельгия).

Адам Дж. Бургассер (Центр астрофизики и космической науки, Калифорнийский университет в Сан-Диего, Ла Холла, Калифорния, США).

Шон Кэри (IPAC, Calif. Inst. (Департамент астрономии и астрофизики, Чикаго, Чикаго, Иллинойс, США).

Кевин Хэн (Университет Берна, Центр пространства и обитаемости, Берн, Швейцария).

Дэвид М. Эрнандес (физический факультет и Институт астрофизики и космических исследований им. Кавли, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс, США).

Джеймс Г. Ингаллс (IPAC, Калифорния, Технологический институт, Пасадена, Калифорния, США).

Сьюзан Ледерер (Космический центр НАСА Джонсон, Хьюстон, Техас, США).

Франк Селсис (Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Пессак, Франция).

Дидье Келооз (лаборатория Кавендиш, Кембридж, Великобритания).

Сравнение планет.

Видео на тему открытия и краткие пояснения по теме.

Впечатление художника показывает несколько планет, вращающихся вокруг красной карликовой звезды TRAPPIST-1.

Впечатление художника, сравнивает семь планет, вращающихся по орбите ультра-крутой звезды красного карлика TRAPPIST-1 с Землей в том же масштабе.

Они показаны в том же масштабе, но не в правильных относительных положениях.

Диаграмма показывает звезды, видимые невооруженным глазом, располагающиеся в созвездии Водолея. Отмечается положение слабой, красной, карликовой звезды TRAPPIST-1. Хотя она относительно близка к Солнцу, она очень слабая и не заметна в небольшие телескопы.

Сравнения -  размеры, массы и расчетные температуры планет TRAPPIST-1 с планетами Солнечной системы. Цвета указывают температуру, а черная линия соответствует плотности и составу земных планет в Солнечной системе. Планеты над линией менее плотные, а планеты ниже -  плотнее.

Сравниваются массы и падающий свет от звезды для TRAPPIST-1 и других экзопланет, а также несколько планет в Солнечной системе.

Сравниваются массы и энергетический баланс семи планет TRAPPIST-1, а также свойства четырех самых внутренних планет Солнечной системы.