Определены массы планет в системе K2-21
Категория: ЭкзопланетыМетодом тайминга транзитов определены массы двух транзитных мини-нептунов в системе K2-21. При радиусах 1.93 и 2.25 радиусов Земли массы планет оказались равными всего 1.6 и 3.9 масс Земли.
Владислава Ананьева
Чтобы определить физическую природу экзопланеты, необходимо измерить ее массу и радиус. Если радиус транзитной планеты легко определяется по глубине транзита, с массой ситуация более сложная. Обычно массы экзопланет измеряют методом лучевых скоростей, однако этот метод требует высокоточных спектрографов и достаточной яркости родительской звезды. Если звезда тусклая, а массы планет невелики, метод лучевых скоростей перестает работать.
Есть еще одна возможность оценить массы планет даже у очень тусклых звезд – метод тайминга транзитов. Планеты, вращающиеся вокруг одной звезды, гравитационно взаимодействуют друг с другом, особенно заметным это взаимовлияние становится, если орбитальные периоды планет относятся друг к другу как небольшие целые числа (например, 2:1 или 3:2). В этом случае говорят, что планеты находятся в орбитальном резонансе. Резонанс приводит к заметным регулярным отклонениям времени наступления транзитов обеих планет от строгой периодичности. Измеряя эти отклонения, можно оценить массы планет.
22 мая 2023 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная измерению масс планет в системе K2-21. Система, представленная в 2016 году, включает две транзитные планеты с периодами 9.326 и 15.500 суток и радиусами 1.93 ± 0.07 и 2.25 ± 0.05 радиусов Земли, соответственно. Планеты близки к резонансу 5:3.
Чтобы оценить массы планет, авторы проанализировали моменты наступления транзитов в течение 3.5 лет. Транзиты наблюдались «Кеплером» в рамках продленной миссии K2 и «Спитцером». Как оказалось, моменты наступления транзитов испытывали периодические вариации с полуамплитудой почти 40 минут для планеты b и 28 минут – для планеты c, что позволило вычислить их массы – 1.59 +0.52/-0.44 и 3.88 +1.22/-1.07 масс Земли, соответственно. Средние плотности планет (1.22 ± 0.28 и 1.89 +0.44/-0.33 г/куб.см) исключают их железокаменный состав. Несмотря на свои небольшие массы, обе планеты являются мини-нептунами, окруженными протяженными водородно-гелиевыми атмосферами.
- Планеты K2-21 b и K2-21 c (подписаны) на плоскости «Масса – Радиус» среди других транзитных планет с измеренной массой. Цветные линии показывают модельные соотношения масса-радиус для планет различного химического состава, в частности, пунктирными линиями показаны модели железокаменных ядер, окруженных водородно-гелиевой атмосферой с массой 0.5% и 1% полной массы планеты. Для сравнения приведены также планеты Солнечной системы Земля, Венера и Нептун.
Авторы надеются, что будущие наблюдения, особенно с помощью JWST, помогут уточнить массы обеих планет, а значит, и их химический состав.
Источник: https://arxiv.org/pdf/2305.11359.pdf