Холодный субнептун TOI-6981 b может стать ключом к разгадке тайн океанских миров

Международная группа астрономов под руководством М. Г. Скотта из Университета Бирмингема обнаружила и подробно описала холодную экзопланету TOI-6981 b, субнептун, обращающийся вокруг красного карлика на расстоянии, где вода в протопланетном диске замерзает. Результаты исследования готовятся к публикации в журнале MNRAS и доступны в виде препринта на arXiv.

Одной из главных задач современной астрономии является поиск и изучение планет, которые по своим условиям напоминают ранние стадии эволюции нашего Солнечной системы. Особый интерес вызывают миры, расположенные вблизи так называемой линии водяного льда — условной границы, за которой водяной пар превращается в твердый лед. Именно в этой зоне, как считается, могут формироваться ледяные планетезимали, из которых впоследствии вырастают ядра будущих газовых и ледяных гигантов. Однако до сих пор таких холодных планет найдено крайне мало: на 2026 год их известно менее сорока, и лишь около пятнадцати из них наблюдались в транзитах. Новое открытие, о котором пойдет речь, пополняет этот редкий класс объектов.

Исследование началось с того, что космический телескоп TESS, предназначенный для поиска транзитных планет, зафиксировал периодические падения яркости звезды TOI-6981, расположенной на расстоянии около 25,5 парсека от Земли в созвездии Единорога. Эта звезда относится к типу M4, она значительно меньше и холоднее Солнца, ее масса составляет примерно 0,3 массы Солнца, а радиус около 0,3 солнечного.

Температура поверхности звезды оценивается примерно в 3215 кельвинов. Первоначально сигнал был идентифицирован как кандидат в планеты 30 мая 2024 года, причем предполагаемый период обращения составлял около 425 суток. Однако последующий анализ данных с более высоким временным разрешением выявил дополнительный транзит, и истинный орбитальный период оказался равен примерно 60,78 суток. Наземные наблюдения с телескопа KeplerCam окончательно подтвердили именно это значение, исключив все прочие варианты.

Спектроскопические наблюдения в инфракрасном и оптическом диапазонах, выполненные на телескопах IRTF/SpeX и Shane/Kast, позволили уточнить характеристики самой звезды. Спектральный тип был определен как M4, что согласуется с более ранними классификациями. Металличность звезды оказалась близка к солнечной. Важным фактом стало обнаружение эмиссионных линий водорода, в частности H-альфа, что указывает на активность звезды и ее относительно молодой возраст, не более 1,5 миллиарда лет. Также не было найдено следов лития, что исключает совсем юный возраст порядка десятков миллионов лет. Радиальные скорости, измеренные спектрографом TRES, не показали значимых вариаций, что подтверждает отсутствие массивных компаньонов в системе.

Для определения параметров планеты и звезды использовалось совместное моделирование всех доступных фотометрических данных с помощью программного комплекса allesfitter. Модель с круговой орбитой оказалась статистически предпочтительнее модели со свободным эксцентриситетом.

В результате были получены следующие значения: радиус планеты составляет 2,40 радиуса Земли, орбитальный период — 60,778839 суток, а расстояние от звезды около 0,211 астрономической единицы. Температура равновесия планеты оценивается в 170 кельвинов, что соответствует области водяного льда. Поток излучения, получаемый планетой от своей звезды, составляет всего 0,20 от того, что получает Земля от Солнца. Это делает TOI-6981 b одной из самых холодных известных транзитных планет размером меньше Нептуна.

Поскольку масса планеты пока не измерена напрямую, она была оценена с помощью эмпирических соотношений масса-радиус и составляет примерно 6,36 массы Земли. Это дает среднюю плотность около 2,5 грамма на кубический сантиметр, что указывает на богатый летучими веществами состав, вероятно, с водородно-гелиевой оболочкой.

С точки зрения дальнейших перспектив, TOI-6981 b представляет большой интерес для изучения атмосферы методом трансмиссионной спектроскопии. Индекс пригодности для таких наблюдений у этой планеты оказался третьим среди всех известных холодных транзитных планет размером меньше Нептуна, уступая лишь TOI-6478 b и LHS-1140 b.

Поскольку температура планеты слишком низка для существования жидкой воды на поверхности без мощного парникового эффекта, она может стать идеальной лабораторией для проверки гипотезы так называемых океанских миров — субнептунов с водородными атмосферами и океанами под ними. Если в атмосфере удастся обнаружить водяной пар или биосигнатурные газы, это будет означать, что парниковый эффект достаточно силен, чтобы поднять температуру выше точки таяния льда. Кроме того, широкий орбитальный период планеты снижает воздействие жесткого ультрафиолетового и рентгеновского излучения звезды по сравнению с более близкими к звезде планетами, что может способствовать сохранению атмосферы.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях