Наблюдения на VLT выявили планету-гигант у коричневого карлика

Группа астрономов под руководством Йоханнеса Сальмана из Европейского космического агентства и обсерватории Ла-Силья в Чили обнаружила кандидата в экзопланету PALTA-1 b, которая обращается вокруг коричневого карлика DE1253-57. Это субюпитерианская планета, то есть по массе она меньше Юпитера, но все еще относится к классу газовых гигантов. Исследование будет опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics, а препринт доступен на arXiv.

Коричневые карлики это объекты на полпути между планетами и звездами. Они слишком легкие, чтобы запустить устойчивый термоядерный синтез водорода, как настоящие звезды, но слишком массивные, чтобы считаться обычными планетами. Их тусклое свечение и малые размеры долгое время делали их почти невидимыми для поисков планет. Однако именно возле таких объектов астрономы надеются найти нечто необычное: массивные планеты, которые сформировались вместе со своим хозяином или были захвачены им позже. Новое открытие показывает, что такие системы действительно существуют, и притом совсем недалеко от нас.

В течение восьми с лишним лет астрономы следили за положением коричневого карлика DE1253-57 на небе с помощью инструмента FORS2 на Очень большом телескопе (VLT) в Чили. Этот объект находится на расстоянии около 17 парсек от Земли, то есть примерно в 55 световых годах. Он относится к спектральному классу L0.5 и имеет очень высокую собственную скорость перемещения по небу — около 1,5 угловой секунды в год. Это означает, что за время наблюдений он сместился на значительное расстояние, и астрономам пришлось тщательно учитывать искажения, которые возникают при движении объекта по матрице телескопа.

Метод, который использовали ученые, называется астрометрией. Он заключается в точном измерении положения звезды на небе и поиске отклонений от ожидаемого прямолинейного движения. Если вокруг звезды есть невидимый спутник, он своим притяжением заставляет звезду слегка покачиваться. Эти покачивания можно заметить, если измерения достаточно точны. В случае с DE1253-57 точность измерений достигала десятых долей миллисекунды дуги, что сравнимо с толщиной волоса, увиденного с расстояния в несколько километров.

После обработки данных и учета всех инструментальных эффектов астрономы увидели, что положение коричневого карлика действительно отклоняется от прямой линии. Эти отклонения нельзя было объяснить ни ошибками измерений, ни влиянием атмосферы, ни несовершенством оптики. Оставалось два объяснения: либо вокруг DE1253-57 обращается еще один коричневый карлик, сравнимый по яркости с главным объектом, либо рядом с ним находится гораздо более тусклый спутник, например планета.

Чтобы различить эти два сценария, ученые применили специальную методику анализа формы изображений. Если бы рядом с коричневым карликом находился второй объект сравнимой яркости, изображение выглядело бы вытянутым. Однако тщательный анализ показал, что форма изображения остается круглой в пределах ошибок. Это означало, что второй объект либо очень мал, либо очень тускл. Второй коричневый карлик был бы ярче и заметнее, поэтому версию с двойной системой коричневых карликов пришлось отклонить.

Ученые выяснили, что орбитальный период кандидата в планеты под названием PALTA-1 b составляет около девяти лет, хотя из-за неполного покрытия орбиты наблюдениями точное значение может быть больше. Расстояние между коричневым карликом и планетой оценивается в 1,6–3,4 астрономические единицы, что соответствует расстоянию от Солнца до Марса или до пояса астероидов. Масса планеты составляет от 0,54 до 0,77 массы Юпитера. Разброс связан с тем, что масса самого коричневого карлика известна недостаточно точно: она может составлять от 52 до 90 масс Юпитера.

PALTA-1 b — один из немногих известных примеров газового гиганта возле ультрахолодного карлика. Такие объекты встречаются редко, и до сих пор большинство подобных планет находили с помощью гравитационного микролинзирования, а не астрометрии. Это открытие показывает, что астрометрические наблюдения с земли могут достигать точности, достаточной для обнаружения планет у очень тусклых объектов. Кроме того, система находится всего в 17 парсеках от Солнца, что делает ее удобной для дальнейших исследований.

Авторы отмечают, что окончательное подтверждение открытия потребует дополнительных наблюдений. Радиальная скорость коричневого карлика должна меняться со скоростью около 50 метров в секунду, что доступно современным спектрографам, но объект очень тусклый, поэтому измерения затруднены. Высококонтрастная визуализация тоже могла бы помочь, но планета находится слишком близко к своему хозяину, чтобы ее можно было легко увидеть. Большие надежды возлагаются на финальный выпуск данных миссии Gaia, который ожидается после 2030 года: там орбитальное движение должно проявиться как отклонение от прямолинейного перемещения.

Программа PALTA, в рамках которой было сделано открытие, изначально нацеливалась на поиск планет возле 20 ультрахолодных близлежащих карликов. За годы работы она принесла несколько важных результатов. Были открыты три новые двойные системы коричневых карликов с периодами обращения от нескольких месяцев до нескольких лет. Одна из них, DE0823-49, оказалась молодой системой с признаками лития в спектре. Другая, DE0630-18, вероятно, состоит из двух тесных пар. Третья, DE1756-45, оказалась парой юных коричневых карликов с орбитальным периодом около 27 лет.

Кроме того, программа позволила установить верхний предел на распространенность газовых гигантов с массами больше пяти масс Юпитера возле ультрахолодных карликов. Оказалось, что такие планеты встречаются не чаще чем в 9 процентах случаев. Это согласуется с теоретическими моделями, которые предсказывают, что у маломассивных объектов планеты-гиганты образуются редко.

В итоге авторы объявляют об открытии кандидата в экзопланету PALTA-1 b с массой от 0,54 до 0,77 массы Юпитера, обращающегося вокруг коричневого карлика DE1253-57 с периодом около девяти лет. Альтернативный сценарий, в котором система состоит из двух коричневых карликов, отклонен на основе анализа формы изображений. Если открытие подтвердится, это будет один из первых примеров газового гиганта у ультрахолодного карлика, обнаруженного астрометрическим методом с земли. Окончательная проверка ожидается после выхода данных Gaia DR5.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях