Плотный и рыхлый: два мини-нептуна у оранжевого карлика TOI-815
Категория: ЭкзопланетыПредставлены планеты с радиусами 2.94 и 2.62 радиусов Земли, чьи массы оцениваются в 7.6 и 23.5 масс Земли, соответственно. Планеты вращаются вокруг молодого оранжевого карлика с периодами 11.2 и 35.0 суток. Возможно, внешняя планета образовалась путем катастрофического столкновения двух нептунов, в результате которого их водородные оболочки были утрачены.
Владислава Ананьева
Наблюдения за многопланетными системами показывают, что обычно соседние планеты имеют близкие размеры. Эту закономерность называют “peas in the pod” – «горошины в стручке». Однако внешне похожие планеты, вращающиеся вокруг одной звезды, могут резко отличаться по своей физической природе. Именно это продемонстрировала планетная система TOI-815, статья о которой была опубликована в Архиве электронных препринтов 30 января 2024 года.
TOI-815 – молодой оранжевый карлик спектрального класса K3 V, удаленный от нас на 59.44 ± 0.05 пк. Его масса оценивается в 0.78 ± 0.04 солнечных масс, радиус – в 0.770 ± 0.009 солнечных радиусов, светимость в 3.35 раз меньше солнечной. Наличие лития в спектрах и быстрое вращение говорят о молодости этой звезды, чей возраст составляет 200 +600/-200 млн. лет (по другим данным – 660 ± 150 млн. лет).
TOI-815 попала на 9, 36 и 63 сектора TESS. Кривая блеска звезды продемонстрировала транзитный сигнал с периодом 11.197 суток и глубиной, соответствующей планете радиусом 2.94 ± 0.05 радиусов Земли. Кроме того, исследователи дополнительно обнаружили на кривой блеска единственное транзитное событие, говорящее о наличии у звезды TOI-815 второй транзитной планеты радиусом 2.62 ± 0.10 радиусов Земли, чей орбитальный период оставался неизвестным.
Звезда прошла стандартную процедуру валидации, включающую наблюдения транзитов наземными телескопами метрового класса и получение снимков окрестностей звезды с высоким угловым разрешением. Чтобы окончательно подтвердить планетную природу обоих кандидатов и измерить их массу, авторы получили 34 измерения лучевой скорости звезды с помощью самого точного на сегодняшний день спектрографа ESPRESSO.
Масса внутренней планеты b оказалась равной 7.6 ± 1.5 масс Земли, что при радиусе 2.94 ± 0.05 радиусов Земли дает среднюю плотность 1.64 ± 0.33 г/куб.см – перед нами типичный мини-нептун. Планета вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 0.0903 ± 0.002 а.е., ее эффективная температура оценивается в 686 ± 14 К.
Гораздо больше удивила исследователей вторая планета. Ее масса достигает 23.5 ± 2.4 масс Земли, что приводит к средней плотности 7.2 ± 1.1 г/куб.см! Планета, по размерам попадающая в размерный класс мини-нептунов, оказалась массивной суперземлей. TOI-815 c вращается вокруг своей звезды на среднем расстоянии 0.193 ± 0.004 а.е. и делает один оборот за 34.976 суток, ее температурный режим грубо соответствует температурному режиму Меркурия (эффективная температура 469 ± 9 К).
- Планеты системы TOI-815 (подписаны) на диаграмме «Масса – Радиус» среди других транзитных экзопланет с измеренной массой, вращающихся вокруг FGK звезд. Планеты с инсоляцией больше 30 земной показаны серыми кружками, планеты с инсоляцией меньше 30 земной – красными треугольниками. Зелеными звездами представлены планеты Солнечной системы Венера, Земля, Уран и Нептун. Цветными линиями показаны модельные соотношения масса-радиус для планет различного химического состава.
TOI-815 c является самым плотным мини-нептуном (планетой с радиусом 2-4 радиусов Земли) из известных на данный момент. По расчетам авторов, средняя плотность TOI-815 c соответствует планете с ядром железокаменного состава массой 90% и водяной мантией массой 10% в отсутствии водорода и гелия. Если же ядро не содержит воды, масса водородной атмосферы составит 0.03-0.93% полной массы планеты. Планета слишком массивна, чтобы потерять свою первичную атмосферу путем фотоиспарения, возможно, она является результатом катастрофического столкновения двух нептунов, во время которого большая часть их водородных атмосфер рассеялась в пространстве.
Интересно, что ось вращения звезды наклонена к лучу зрения на 32 +15/-23°. Это означает, что мы видим звезду примерно со стороны полюса. Из того факта, что планеты системы TOI-815 являются транзитными, следует, что плоскость их орбит резко наклонена к звездному экватору. Будущие наблюдения эффекта Мак-Лафлина должны подтвердить этот вывод.
Источник: https://arxiv.org/pdf/2401.15709.pdf