Астрономы обнаружили новую планету в созвездии Большой Медведицы

Видение художника холодного супер-Юпитера в системе HD 118203. Это чрезвычайно массивная газовая планета, вращающаяся вокруг своей звезды по орбите, в шесть раз превышающей орбиту Земли. Астрономы считают, что у нее очень низкие температуры. Автор: UMK

Ученые описаликосмическое открытие в журнале Astronomy & Astrophysics.

Неприметная звезда с массивной планетой

Астрономы имеют дело с чрезвычайно массивной экзопланетой — в 11 раз больше массы Юпитера, самой большой планеты в нашей солнечной системе. Она совершает оборот вокруг своей родительской звезды за 14 лет и находится на расстоянии шести астрономических единиц от нее.

«Мы не можем видеть планету, но мы можем обнаружить звезду, вокруг которой она вращается, — с помощью небольшого телескопа размером всего 10 см. Физические параметры звезды аналогичны параметрам Солнца. Данные показывают, что она на 20 процентов массивнее и в два раза больше Солнца. Интересно, что она уже завершила ту стадию эволюции, на которой сейчас находится Солнце; у нее есть задний двор на 5 миллиардов лет позади. Поэтому мы можем оценить, что это также возраст всей планетной системы», — объясняет доктор Хабил.

Телескоп Дрейпера

Телескоп Дрейпера — один из первых в мире астрографов, или фотографических регистраторов явлений небесной сферы. Он был построен в 1891 году как «мемориал» безвременно умершему американскому физику-спектроскописту Генри Дрейперу, вместе с которым его жена Анна Мария поддерживала амбициозную программу Гарвардской обсерватории под руководством Эдварда К. Пикеринга по разработке каталога фотографических и фотовизуальных яркостей звезд и их спектральной классификации.

С помощью этого телескопа в Кембридже было сделано более 60 000 фотометрических и спектральных снимков неба, и он внес такой вклад в замысел Пикеринга, что составленный каталог, содержащий почти четверть миллиона звезд, был назван каталогом Генри Дрейпера. Обозначения звезд «HD» используются и сегодня и знакомы всем астрономам мира.

Как астрограф Дрейпера попал в Пивнице? Осенью 1947 года началось строительство первого павильона обсерватории Астрономической обсерватории NCU с вращающимся куполом диаметром пять метров. Два года спустя там стоял астрограф, присланный из Кембриджа, и после необходимых доработок начал регулярные наблюдательные работы.

Сегодня этот интересный памятник, единственный в мире, стал достопримечательностью для посетителей Института астрономии НКУ в Пивнице.

Терпение окупается

Почти 20 лет астрономы знали, что звезда HD 118203 вращается вокруг довольно массивной планеты. В 2006 году был обнаружен первый газовый гигант с массой в две массы Юпитера, обращающийся вокруг звезды по тесной орбите всего за шесть дней.

«Однако доплеровские наблюдения показали, что это не конец истории, что где-то там может быть еще одна планета. Поэтому мы немедленно включили эту систему в наши программы наблюдений», — говорит профессор Анджей Недзельски, соавтор открытия.

«Сначала, в рамках программы исследования экзопланет в Торуни и Пенсильвании, проводимой совместно с профессором Александром Вольщаном, мы отслеживали объект с помощью одного из крупнейших оптических инструментов на Земле — девятиметрового телескопа Хобби-Эберли в Техасе».

Телескоп Дрейпера — один из первых в мире астрографов, или фотографических регистраторов явлений небесной сферы. Он был построен в 1891 году как «мемориал» безвременно умершему американскому физику-спектроскописту Генри Дрейперу, с помощью которого его жена Анна Мария поддержала амбициозную программу Гарвардской обсерватории, возглавляемую Эдвардом К. Пикерингом, по разработке каталога фотографических и фотовизуальных яркостей звезд и их спектральной классификации. Автор: Andrzej Romanski/UMK

Результаты оказались настолько многообещающими, что торунийцы, с сотрудниками из Испании, продолжили наблюдения за звездой на Канарских островах, используя итальянский телескоп Галилео. Эта обсерватория была оснащена лучшими приборами, предназначенными для открытия планет.

«Однако восемь лет исследований не дали ответа на вопрос, какой это тип объекта», — добавляет профессор Недзельски.

Астрономам в Торуни потребовалось еще семь лет, чтобы получить неоспоримые доказательства того, что они имеют дело с планетой.

«Терпение окупается», — говорит профессор Мациевски. «Новые наблюдения, собранные в марте 2023 года, оказались решающими для определения параметров орбиты планеты. Более того, поскольку планете требуется несколько лет, чтобы совершить оборот вокруг своей звезды, мы смогли объединить наши доплеровские наблюдения с имеющимися астрометрическими измерениями, чтобы однозначно определить ее массу. Это позволило нам построить полную модель этой планетной системы и изучить ее динамическое поведение».

Однако перед этим необходимо было убедиться, что в системе больше нет планет, скрывающихся в ней. Эту задачу взяла на себя студентка астрономии Юлия Сержпутовска.

«Я проанализировала фотометрические наблюдения, полученные с помощью космического телескопа Transiting Exoplanet Survey Satellite, и они показали, что вокруг HD 118203 нет других планет, которые были бы больше Земли более чем в два раза и, следовательно, недостаточно массивны, чтобы иметь отношение к изучению динамики системы», — говорит Юлия Сержпутовска.

Планетарный тандем

Оказалось, что астрономы открыли иерархическую планетную систему.

«Это своеобразная конфигурация, в которой одна планета образует тесную пару со своей звездой, а вторая планета вращается вокруг этой пары по орбите, достаточно широкой, чтобы как бы образовать еще одну пару с первой», — объясняет профессор Кшиштоф Годзьевский, который провел подробные численные исследования динамики системы.

Обе планеты массивны и вращаются по довольно вытянутым орбитам. Несмотря на это, их взаимное гравитационное влияние не дестабилизирует систему в масштабах миллионов лет.

«Мы показали, что это происходит из-за эффектов, вытекающих из общей теории относительности. Если бы не эти эффекты, планеты вели бы себя как дрожащие пружины, постоянно меняя форму своих орбит и ориентацию в пространстве», — добавляет профессор Годзьевский.

Космические ответы

Астрономы признают, что знания о формировании и эволюции планетных систем все еще скрывают много фундаментальных неизвестных. Иерархические системы, такие как HD 118203, из которых известно всего около дюжины, позволяют им исследовать гипотезы формирования массивных планет.

«Интересный вопрос касается путей развития таких планетарных конфигураций», — говорит профессор Мациевски. «Хотя с нашей точки зрения — жителей Солнечной системы — они довольно „экзотичны“, изучение систем с массивными газообразными планетами кажется важным, чтобы мы могли узнать наш ближайший „астрономический задний двор“».

«Наша работа не заканчивается. Мы все еще проводим наблюдения и анализируем данные — есть шансы на дальнейшие планетарные открытия», — говорит профессор Недзельски. «Отрадно, что нам удается вовлекать студентов и докторантов в это интересное и важное исследование».

Больше информации: G. Maciejewski et al, Tracking Advanced Planetary Systems (TAPAS) with HARPS-N, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202451084