Открытие массивной экзопланеты у небольшой звезды

Gaia-4b — планета, вращающаяся вокруг звезды Gaia-4, находящейся на расстоянии около 244 световых лет. Gaia-4b примерно в двенадцать раз массивнее Юпитера. С орбитальным периодом 570 дней это относительно холодная газовая гигантская планета. Gaia-5b — коричневый карлик, вращающийся вокруг звезды Gaia-5, находящейся на расстоянии около 134 световых лет от Земли. С массой около 21 Юпитера Gaia-5b массивнее планеты, но слишком легка, чтобы поддерживать ядерный синтез, необходимый для образования звезды. Это художественное представление визуализирует часть орбитальных движений обоих объектов, определенных по астрометрическим данным Gaia. Звезды и планеты не в масштабе. Автор: ESA/Gaia/DPAC/M. Marcussen

С помощью спектрографа NEID группа астрономов подтвердила существование экзопланеты Gaia-4b — одной из самых массивных планет, известных на орбите маломассивной звезды. Gaia-4b также является первой планетой, обнаруженной космическим аппаратом Gaia Европейского космического агентства с использованием астрометрической техники.

NEID — это высокоточный спектрограф радиальной скорости, который предназначен для измерения чрезвычайно малых колебаний соседних звезд с использованием эффекта радиальной скорости. Этот эффект возникает из-за взаимной гравитационной силы между планетой и ее звездой-хозяином, которая заставляет положение звезды немного смещаться по мере того, как планета движется вокруг нее. Благодаря этой мощной возможности одной из основных научных целей NEID является подтверждение кандидатов на экзопланеты, найденных другими миссиями по исследованию экзопланет.

NEID установлен на 3,5-метровом телескопе WIYN в Национальной обсерватории Китт-Пик (KPNO) Национального научного фонда США в рамках программы NSF NOIRLab.

Одной из миссий, которую дополняет NEID, является космический аппарат Gaia Европейского космического агентства (ESA). Благодаря точному мониторингу положений и движений звезд в нашей галактике Gaia производит революцию в нашем понимании многих областей астрофизики. Ожидается, что благодаря своей исключительной точности Gaia сможет обнаружить тысячи экзопланет на орбите вокруг близлежащих звезд.

В отличие от метода радиальной скорости, используемого NEID, Gaia использует технику, известную как астрометрия, для обнаружения движения звезды. Эта техника включает измерение едва заметного движения звезды, поскольку она тянется гравитацией вращающейся планеты, наблюдая за тем, как звезда движется по сравнению с фоном или близлежащими звездами.

Недавно в рамках последнего выпуска данных Gaia был опубликован список звезд, которые, по-видимому, движутся так, как будто их притягивает экзопланета — список объектов интереса Gaia ASTROMETRIC (Gaia-ASOIs).

«Однако движение этих звезд не обязательно связано с планетой», — сказал Гудмундур Стефанссон, доцент Амстердамского университета и ведущий автор статьи, опубликованной в The Astrophysical Journal.

«Вместо этого «звезда» может быть парой звезд, которые находятся слишком близко друг к другу, чтобы Gaia могла распознать их как отдельные объекты. Крошечные сдвиги в положении, которые кажутся вызванными планетой, на самом деле могут быть результатом почти идеальной отмены более крупных сдвигов в положении двух звезд».

Чтобы отсеять эти двойные звезды и собрать истинные планеты, необходимо провести последующие наблюдения с помощью спектроскопии. Для этого команда использовала наблюдения с NEID и двух других спектрографов: Habitable-zone Planet Finder (HPF) на 10-метровом телескопе Hobby Eberly в обсерватории Макдональда в Техасе и FIES Spectrograph на 2,6-метровом Nordic Optical Telescope в Ла-Пальме на Канарских островах.

С помощью этих мощных инструментов команда провела последующие наблюдения 28 звездных систем с кандидатами на планеты, идентифицированными Gaia. Они обнаружили, что из 28 систем-кандидатов 21 была ложноположительной и на самом деле представляла собой двойные звездные системы — две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс. Они также подтвердили, что одна система — это звезда, в которой находится коричневый карлик — объект с массой между массами планет и звезд, — но одна из систем была звездой, в которой находится гигантская планета.

Недавно обнаруженная экзопланета, названная Gaia-4b, имеет орбитальный период 570 дней и массу 12 масс Юпитера и вращается вокруг звезды с массой 64% массы Солнца. Gaia-4b не только первая планета, когда-либо обнаруженная Gaia с использованием астрометрической техники, чье орбитальное решение полностью и независимо подтверждено, но и одна из самых массивных планет, известных тем, что вращаются вокруг звезды малой массы.

«Это волнующее время как для NEID, так и для Gaia», — говорит Джаядев Раджагопал, ученый из NSF NOIRLab и соавтор статьи. «Gaia более чем оправдывает свое обещание по обнаружению планетарных спутников звезд с помощью высокоточной астрометрии, а NEID демонстрирует, что его долгосрочная точность определения лучевой скорости позволяет обнаруживать планеты малой массы вокруг этих звезд».

«Поскольку ожидается обнаружение большего количества потенциальных планет по мере анализа данных за последний год, эта работа является предвестником будущего, в котором открытия планет и коричневых карликов с помощью Gaia должны будут подтверждаться или опровергаться данными NEID».

В дополнение к обнаружению Gaia-4b и Gaia-5b авторы дают первый взгляд на «ложноположительный уровень» каталога экзопланет Gaia Astrometric, который в их выборке находится в диапазоне 30–80%. Это подчеркивает важность наземных наблюдений, таких как те, которые возможны с NEID, для подтверждения планетарных кандидатов в эпоху обнаружения планет Gaia.

Больше информации: Gudmundur Stefánsson et al, Gaia-4b and 5b: Radial Velocity Confirmation of Gaia Astrometric Orbital Solutions Reveal a Massive Planet and a Brown Dwarf Orbiting Low-mass Stars, The Astronomical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-3881/ada9e1

Источник: Association of Universities for Research in Astronomy