Новый кандидат в экзопланеты удалось обнаружить без наблюдения его прохождения перед звездой

Международная группа астрономов под руководством Национального института астрофизики Италии (INAF) обнаружила кандидата в экзопланеты, который с точки зрения наблюдателя на Земле не проходит перед своей звездой. Объект обращается вокруг звезды KIC 9139163 в созвездии Лебедя и совершает полный оборот всего за 14 часов.

Большинство известных экзопланет обнаруживают транзитным методом — по небольшому падению яркости звезды, которое происходит, когда планета проходит между ней и Землёй. Однако для этого орбита планеты должна быть ориентирована относительно Земли практически идеально. У KIC 9139163 таких транзитов не наблюдается, поэтому исследователи использовали другой способ поиска.

Астрономы проанализировали так называемые фазовые кривые — очень небольшие периодические изменения общей яркости системы. По мере движения планеты по орбите меняется видимая с Земли часть её освещённой стороны. Из-за этого изменяется количество отражённого и испускаемого планетой света, создавая периодический сигнал, который в некоторых случаях можно зарегистрировать даже при отсутствии транзита.

В данных космического телескопа Kepler исследователи обнаружили модуляцию с периодом около 0,6 суток и сопоставили её с более поздними наблюдениями космического телескопа TESS НАСА. Дополнительные измерения были получены с помощью спектрографа HARPS-N, установленного на Национальном телескопе Galileo на Канарских островах. По изменениям скорости движения звезды учёные смогли оценить влияние обращающегося вокруг неё объекта и установить ограничение на его массу.

Согласно полученным данным, кандидат имеет минимальную массу около 7,3 массы Земли, а его радиус оценивается примерно в 2,4 радиуса нашей планеты. Такое соотношение размеров и массы помещает объект в категорию субнептунов. Однако его крайне близкое расположение к звезде делает эту планету необычной даже среди подобных объектов.

Кандидат находится в так называемой «нептуновой пустыне» — области в непосредственной близости от звёзд, где обнаружено очень мало планет размером с Нептун. Интенсивное излучение звезды на таких расстояниях способно постепенно разрушать внешние слои атмосферы планеты, что может объяснять дефицит подобных объектов в этой области.

Соотношение массы и радиуса KIC 9139163 позволяет предположить, что значительную часть состава планеты может составлять вода — по некоторым моделям, до 50%. При этом речь не идёт об аналоге Земли, покрытом океанами. Из-за экстремально высокой температуры, ожидаемой на столь близком расстоянии от звезды, вода находилась бы в совершенно иных физических условиях.

Близкая орбита также приводит к сильному приливному взаимодействию между звездой и планетой. В течение длительного времени такие силы способны изменять орбиту объекта и постепенно приближать его к звезде. В конечном итоге это может привести к разрушению планеты.

Дополнительную загадку обнаружило сравнение данных разных космических телескопов. Сигнал, зарегистрированный TESS, оказался смещён относительно фазовой кривой, которую Kepler наблюдал примерно шестью годами ранее. Исследователи предполагают, что причиной могут быть изменения в атмосфере планеты.

В частности, со временем могла измениться структура и распределение облаков. Это повлияло бы на области планеты, которые сильнее отражают свет звезды, и, соответственно, изменило бы фазовую кривую, наблюдаемую с Земли. Чтобы определить причину различий, потребуются дополнительные наблюдения.

Особый интерес объекта связан с самой возможностью исследовать планету, которая не проходит перед своей звездой. Планеты с орбитами, не ориентированными таким образом, чтобы происходили транзиты, вероятно, встречаются гораздо чаще транзитных планет, но обнаруживать и особенно подробно характеризовать их значительно сложнее.

Подобные методы могут оказаться востребованы и в будущих исследованиях с помощью космического телескопа PLATO Европейского космического агентства. Его запуск запланирован на начало 2027 года. Аппарат будет наблюдать большое количество звёзд в поисках новых планетных систем и изучать их характеристики, в том числе искать сигналы, похожие на обнаруженный у KIC 9139163.

Исследование принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.