«Темпераментные» звезды могут искажать наблюдения за экзопланетами

Художественное представление горячей планеты Юпитер, вращающейся вблизи одной из звезд в богатом старом звездном скоплении Мессье 67. Автор: ESO/L. Calçada. Source: <a href="https://www.eso.org/public/images/eso1621a/">ESO</a>

Новое исследование, проведенное учеными из Лондонского университета в Лондоне, предполагает, что «капризные» звезды, которые то светлеют, то тускнеют в течение нескольких часов или дней, могут искажать наше представление о тысячах далеких планет.

Большая часть информации, которой мы располагаем о планетах за пределами нашей Солнечной системы (экзопланетах), получена путем наблюдения за провалами в звездном свете, когда эти планеты проходят перед своей звездой.

Этот метод может дать подсказки о размере планеты (исследуя, насколько сильно блокируется звездный свет) и из чего состоит ее атмосфера (исследуя, как планета изменяет рисунок звездного света, проходящего через нее).

Однако новое исследование, опубликованное в приложении к Astrophysical Journal, пришло к выводу, что колебания звездного света, вызванные более горячими и холодными областями на поверхности звезды, могут искажать наши представления о планетах сильнее, чем мы думали ранее.

Исследователи изучили атмосферы 20 планет размером с Юпитер и Нептун и обнаружили, что изменчивость родительских звезд искажает данные примерно для половины из них.

Команда заявила, что если исследователи не будут должным образом учитывать эти изменения, они могут неправильно интерпретировать ряд характеристик, таких как размер планет, температура и состав их атмосфер. Команда добавила, что риск неправильной интерпретации можно контролировать, если исследователи будут рассматривать диапазон длин волн света, в том числе в оптической области, где эффекты звездного загрязнения наиболее очевидны.

Ведущий автор доктор Арианна Саба (UCL Physics & Astronomy), которая выполнила эту работу в рамках своей докторской диссертации в UCL, сказала: «Эти результаты стали сюрпризом — мы обнаружили больше звездного загрязнения наших данных, чем ожидали. Для нас важно это знать. Уточняя наше понимание того, как изменчивость звезд может влиять на нашу интерпретацию экзопланет, мы можем улучшить наши модели и более разумно использовать гораздо большие наборы данных, которые поступят от таких миссий, как James Webb, Ariel и Twinkle».

Второй автор Александра (Алекс) Томпсон, нынешняя аспирантка факультета физики и астрономии UCL, чьи исследования сосредоточены на звездах-хозяевах экзопланет, сказала: «Мы узнаем об экзопланетах по свету их звезд-хозяев, и иногда бывает трудно отличить сигнал от звезды от сигнала от планеты».

«Некоторые звезды можно описать как «пятнистые» — на их поверхности больше холодных, темных областей и горячих, ярких областей. Это происходит из-за более сильной магнитной активности.

«Более горячие, яркие области (факелы) излучают больше света, и поэтому, например, если планета проходит перед самой горячей частью звезды, это может привести к тому, что исследователи переоценят размер планеты, поскольку будет казаться, что она блокирует больше света звезды, или они могут сделать вывод, что планета горячее, чем она есть на самом деле, или имеет более плотную атмосферу. Обратное верно, если планета проходит перед холодным звездным пятном, из-за чего планета кажется «меньше».

«С другой стороны, уменьшение излучаемого звездным пятном света может даже имитировать эффект пролета планеты перед звездой, заставляя вас думать, что там может быть планета, когда ее нет. Вот почему последующие наблюдения так важны для подтверждения обнаружения экзопланет».

«Эти изменения от звезды также могут исказить оценки того, сколько водяного пара, например, находится в атмосфере планеты. Это происходит потому, что изменения могут имитировать или скрывать следы водяного пара в структуре света на разных длинах волн, который достигает наших телескопов».

Для исследования ученые использовали 20-летние наблюдения с помощью космического телескопа «Хаббл», объединив данные с двух инструментов телескопа: спектрографа космического телескопа (STIS) и широкоугольной камеры 3 (WFC3).

Они обрабатывали и анализировали данные по каждой планете идентичным образом, чтобы гарантировать сравнение подобного с подобным и минимизировать смещения, возникающие при обработке наборов данных с использованием разных методов.

Затем команда рассмотрела, какая комбинация атмосферных и звездных моделей лучше всего соответствует их данным, сравнивая модели, которые учитывали звездную изменчивость, с более простыми моделями, которые этого не делали. Они обнаружили, что данные для шести планет из 20 проанализированных лучше соответствовали моделям, скорректированным с учетом звездной изменчивости, а шесть других планет могли подвергнуться незначительному загрязнению от своей звезды-хозяина.

Они проанализировали свет в видимом, ближнем инфракрасном и ближнем ультрафиолетовом диапазонах длин волн, используя тот факт, что искажения, вызванные звездной активностью, гораздо более заметны в ближнем УФ- и видимом (оптическом) диапазоне, чем на более длинных волнах в инфракрасном диапазоне.

Группа ученых описала два способа оценки того, может ли изменчивость звезд влиять на планетарные данные.

Доктор Саба объяснил: «Один из способов — это посмотреть на общую форму спектра, то есть на картину света на разных длинах волн, который прошел через планету от звезды, чтобы увидеть, можно ли это объяснить только планетой или необходима звездная активность. Другой способ — это иметь два наблюдения одной и той же планеты в оптической области спектра, которые были сделаны в разное время. Если эти наблюдения сильно различаются, вероятным объяснением является переменная звездная активность».

Алекс Томпсон добавил: «Риск неправильной интерпретации можно контролировать при правильном охвате длин волн. Оптические наблюдения с более короткими длинами волн, такие как те, что использовались в этом исследовании, особенно полезны, поскольку именно здесь эффекты звездного загрязнения наиболее очевидны».

Больше информации: Arianna Saba et al, A Population Analysis of 20 Exoplanets Observed from Optical to Near-infrared Wavelengths with the Hubble Space Telescope: Evidence for Widespread Stellar Contamination, The Astrophysical Journal Supplement Series (2025). DOI: 10.3847/1538-4365/ad8c3c

Источник: University College London