Открытие возможной экзопланеты-спутника TOI-2818b

Модели TTV сравниваются с измеренными средними временами транзита, которые отображаются в виде черных точек. Черная линия представляет собой линейную эфемериду. Верхняя левая панель показывает репрезентативные образцы модели распада прозрачным зеленым цветом, а также наилучшее соответствие в виде сплошной линии. Автор: The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adac63

Ученые из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее обнаружили потенциальную новую экзопланету — планету, вращающуюся вокруг звезды за пределами нашей Солнечной системы, — используя метод, известный как «изменение времени транзита».

В исследовании, представленном в новой статье, опубликованной в The Astrophysical Journal, старший преподаватель Scientia Бен Монте и кандидат наук Брендан Макки проанализировали изменения во времени прохождения известной планеты через свою звезду, чтобы сделать вывод о наличии второй экзопланеты.

По оценкам, новая экзопланета в 10–16 раз больше Земли, а ее прогнозируемый орбитальный период составляет менее 16 дней.

«Для горячих Юпитеров редкость иметь другие планеты рядом с собой», — говорит доктор Монте. «Так что эта новая планета может иметь значение для того, как формируются горячие Юпитеры, и, в свою очередь, помочь нам понять другие солнечные системы».

Охота за экзопланетами

Экзопланета — это любая планета за пределами нашей солнечной системы. Как и планеты в нашей солнечной системе, вращающиеся вокруг Солнца, большинство экзопланет также вращаются вокруг звезды.

Один из методов поиска экзопланет, известный как метод изменения времени транзита (TTV), использует движение планет вокруг своих звезд, которое может влиять на сигнал яркости звезды.

«Планета проходит перед своей звездой с того места, где мы видим ее с Земли, немного похоже на затмение, и она блокирует часть ее света», — говорит г-н Макки. «И наши записи покажут, что свет, излучаемый звездой, будет падать в течение нескольких часов, пока планета проходит перед ней. И мы видим эти падения каждый раз, когда планета совершает оборот».

Доктор Монте описывает это явление так: «планета отбрасывает тень на звезду, поэтому она кажется немного тусклее».

«Это означает, что транзиты будут происходить немного раньше или позже обычного, и это можно использовать для вывода о том, что причиной этих временных изменений является другая планета».

Моделирование планетарных движений

Для начала г-н Макки проанализировал трехлетние данные, полученные с телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite).

Одна из известных экзопланет — TOI-2818b, вращающаяся вокруг звезды, видимой в стандартный телескоп, расположенной на расстоянии чуть более 1000 световых лет в созвездии Кормы. TOI-2818b, горячий Юпитер, был обнаружен через его транзиты. Однако, анализируя данные, г-н Макки заметил, что его транзитные провалы были неравномерно распределены — они с течением времени сближались.

Если бы эта планета была часами, она бы не показывала точное время. Что-то влияло на ее орбиту, что побудило мистера Макки и доктора Монтета расследовать тайну.

«Сложность в том, что существует ряд правдоподобных объяснений того, почему планета прибывает раньше времени», — говорит г-н Макки.

Например, приливы звезды могут влиять на гравитационное притяжение планеты, как мы видим между Луной и Землей. Когда это так, планета обычно движется по спирали внутрь, готовая быть поглощенной звездой, что приведет к тому, что транзиты планеты будут происходить все раньше и раньше.

«Поэтому нам пришлось проработать все другие возможные ситуации, которые могли бы привести к тем же временным вариациям, которые мы увидели в данных», — говорит доктор Монте.

«Но наши тесты и моделирования показали, что ни одно из других объяснений физически невозможно. Для этого потребовалась бы совершенно новая, совершенно неправдоподобная физика, поэтому мы смогли исключить их и сказать, что единственный оставшийся вариант — это другая планета.

Что это может нам рассказать о формировании планет?

Первые экзопланеты были обнаружены в середине 90-х годов. Хотя ученые пока не нашли экзопланету, которая могла бы поддерживать жизнь, как Земля, они идентифицировали ряд каменистых экзопланет размером с Землю, некоторые из которых находятся в обитаемых зонах своих звезд, что означает, что на их поверхности потенциально может быть вода.

«Существует множество вопросов об экзопланетах, на которые мы пока не смогли ответить», — говорит доктор Монте.

«Всякий раз, когда мы находим планеты, они подбрасывают новые загадки о том, как они формируются, и горячие юпитеры — яркий тому пример. Горячие юпитеры были первыми экзопланетами, которые мы открыли, но мы не до конца понимаем, как они формируются и почему они там находятся».

Один из способов, которым, по мнению ученых, могут формироваться горячие Юпитеры, называемый динамическим или теплым возбуждением, является хаотичным и может сделать систему нестабильной, выбрасывая другие планеты из планетной системы. Вторая возможность называется холодной миграцией, более плавным процессом, когда планета постепенно дрейфует внутрь.

«Если этот плавный метод распространен, мы могли бы ожидать обнаружения горячих юпитеров с планетами-компаньонами. Но если у них обычно нет компаньонов, это говорит о том, что хаотический процесс рассеяния встречается чаще», — говорит доктор Монте.

Имеющиеся данные указывают на сочетание обоих процессов, но изучение большего количества горячих юпитеров поможет нам определить, какой из них встречается чаще.

В поисках дополнительных подсказок

Работа г-на Макки и доктора Монте указала на необычный транзит TOI-2818b, который является результатом планеты-компаньона. Однако многие вопросы остаются без ответа.

«Есть множество факторов, которые мы не знаем», — говорит г-н Макки. «Есть несколько различных особенностей планеты, которые совместимы с нашими симуляциями».

Дальнейшие наблюдения помогут сузить круг предположений относительно того, какой именно тип вторичной планеты вмешивается. «Инструмент ESPRESSO на чилийском Очень Большом Телескопе (VLT), которым управляет Европейская Южная Обсерватория (ESO), предоставит больше данных и поможет нам исключить некоторые возможности при выяснении особенностей планеты», — говорит доктор Монте.

«Данные ESPRESSO уже были действительно важны для исключения некоторых других экзотических решений, таких как коричневый карлик, вращающийся вокруг звезды и притягивающий горячий Юпитер. VLT — это наиболее подходящий инструмент, который у нас есть, чтобы точно определить, где находится эта скрытая планета.

«Каждый раз, когда мы находим новые планетные системы вокруг других звезд, мы удивляемся, обнаруживая вещи, которые мы не могли себе представить, вещи, которые совсем не похожи на нашу собственную Солнечную систему.

«Каждый раз, когда мы думаем, что действительно понимаем формирование планет, мы узнаем что-то новое. И это будет продолжаться в течение следующих нескольких десятилетий, поскольку различные миссии будут появляться и помогать нам обнаруживать планеты новыми способами, используя новые методы».

Доктор Монте подчеркивает важность совместного подхода к охоте за экзопланетами. «Планет гораздо больше, чем людей, но чем больше людей, которые смогут сотрудничать, от хорошо зарекомендовавших себя учреждений до гражданских ученых, мы сможем сузить круг ответов на некоторые из самых важных вопросов и больше узнать о Вселенной».

Источник: University of New South Wales