Компактная система TOI-763: три мини-нептуна у солнцеподобной звезды
Категория: ЭкзопланетыУ сравнительно яркой солнцеподобной звезды TOI-763 обнаружены три мини-нептуна с массами 9.3-9.8 масс Земли, два из которых являются транзитными, а один не транзитный. Все три планеты горячее Меркурия.
Владислава Ананьева
Измерение массы транзитных планет позволяет определить все их основные параметры – радиус, среднюю плотность, большую полуось орбиты и ее эксцентриситет. Однако среди планет с радиусом меньше радиуса Нептуна количество планет с измеренной массой остается небольшим. Особенно интригует исследователей диапазон масс, промежуточный между массами Земли и Урана, поскольку планет с такими массами в Солнечной системе нет.
31 августа 2020 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная открытию трех планет у сравнительно яркой солнцеподобной звезды TOI-763. TESS наблюдала TOI-763 на 10 секторе (с 26 марта по 22 апреля 2019 года). Кривая блеска звезды продемонстрировала два транзитных сигнала с периодами 5.606 и 12.274 земных суток и глубиной, соответствующей планетам с радиусами 2.28 ± 0.11 и 2.63 ± 0.12 радиусов Земли, соответственно. Авторы провели стандартную процедуру валидации (исключения астрофизических явлений, способных имитировать транзитные сигналы). Чтобы окончательно подтвердить планетную природу транзитных кандидатов и измерить их массу, они получили 74 замера лучевой скорости звезды TOI-763 на спектрографе HARPS. Все это позволило не только измерить массу двух внутренних планет, но и обнаружить третью (не транзитную) планету.
TOI-763 – звезда главной последовательности позднего G-класса, удаленная от нас на 95.5 ± 1 пк. Ее масса оценивается в 0.92 ± 0.03 солнечных масс, радиус – в 0.897 ± 0.013 солнечных радиусов, светимость примерно в 1.6 раза меньше светимости Солнца. Звезда отличается зрелым возрастом в 6.2 ± 0.6 млрд. лет, содержание тяжелых элементов в ее составе близко к солнечному.
Масса внутренней планеты TOI-763 b составляет 9.8 ± 0.8 масс Земли, что при радиусе 2.28 радиусов Земли приводит к средней плотности 4.51 +0.83/-0.66 г/куб.см. Этот плотный горячий мини-нептун вращается вокруг своей звезды по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 0.06 а.е., его эффективная температура достигает 1038 ± 16К.
Масса второй планеты TOI-763 c немного меньше – 9.3 ± 1 масс Земли, а радиус несколько больше, поэтому ее средняя плотность оказывается равной 2.8 ± 0.5 г/куб.см. Вторая планета также вращается по близкой к круговой орбите на расстоянии 0.101 а.е., ее эффективная температура составляет 800 ± 12К.
После исключения колебаний лучевой скорости, вызванных внутренними планетами, ученые обнаружили в данных еще одно колебание с периодом 47.8 ± 2.74 земных суток и полуамплитудой 1.8 ± 0.3 м/с, не сопровождающееся никакими признаками звездной активности. Они пришли к выводу, что это колебание наводится внешней (не транзитной) планетой TOI-763 d с проективной (минимальной) массой 9.5 ± 1.6 масс Земли. Поскольку компактные многопланетные системы, как правило, плоские (взаимные наклонения орбит в них малы), то внешняя планета является «почти транзитной», и ее истинная масса мало отличается от проективной. Таким образом, с высокой долей вероятности TOI-763 d также является мини-нептуном. Планета вращается вокруг своей звезды на расстоянии 0.25 а.е., ее эффективная температура – 509 ± 12К.
- Внутренние планеты системы TOI-763 (показаны звездами) на плоскости «радиус – средняя плотность». Пустыми квадратами показаны планеты Солнечной системы, кружками – планеты и коричневые карлики у G-звезд, чья масса измерена с точностью лучше 15%, а радиус – с точностью лучше 5%. Желтыми звездочками показаны маломассивные звезды (для сравнения).
Авторы нанесли планеты b и c на плоскость «радиус – средняя плотность» для лучшего понимания их природы в контексте глобальных закономерностей. Как можно видеть на графике, сначала по мере роста радиуса средняя плотность планет растет и достигает максимума примерно при 2 радиусах Земли (этот участок соответствует планетам земного типа, или суперземлям). При дальнейшем росте радиуса средняя плотность планет резко падает из-за нарастающего увеличения доли летучих (льдов, водорода и гелия) в их составе, она достигает минимума ~0.3 г/куб.см при радиусах 6-8 радиусов Земли (это область субсатурнов – самых легких газовых гигантов). При 10-15 радиусах Земли проходит вертикальная ветвь газовых гигантов: для планет этого типа радиус почти не зависит от массы, и по мере увеличения массы средняя плотность растет вплоть до ~200 г/куб.см у объектов вблизи предела Кумара, разделяющего звезды и коричневые карлики (75-80 масс Юпитера). Таким образом, радиусы 10-20 радиусов Земли могут иметь и неплотные планеты (горячие юпитеры), и маломассивные звезды, чья средняя плотность на 2-3 порядка выше.
Если TOI-763 b включает в себя железо, силикаты, водяной лед, и, скорее всего, лишена сколь-нибудь существенной водородной атмосферы, то TOI-763 c помимо льда содержит и заметную долю водорода и гелия.
Источник: https://arxiv.org/pdf/2008.12535.pdf