Коричневый карлик и его соседи: раскрыта динамичная тайна системы TOI-201

Астрономы из Университета Нью-Мексико под руководством аспиранта Исмаэля Мирелеса и профессора Дианы Драгомир подтвердили существование трех тел в экзопланетной системе TOI-201: суперземли TOI-201 d, теплого юпитера TOI-201 b и коричневого карлика TOI-201 c. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Международная команда астрономов под руководством Исмаэля Мирелеса, аспиранта кафедры физики и астрономии Университета Нью-Мексико, завершила масштабную работу по изучению динамической экзопланетной системы TOI-201. Научным руководителем проекта выступила профессор Диана Драгомир. В статье, вышедшей в журнале Science Advances, исследователи не просто подтверждают наличие трех тел в системе, но и показывают, как их орбиты меняются в реальном времени.

Три объекта в системе TOI-201 сильно отличаются друг от друга. Суперземля TOI-201 d представляет собой каменистую планету размером примерно в 1,4 раза больше Земли и массой около шести земных. Она совершает полный оборот вокруг звезды всего за 5,85 дня, находясь очень близко к светилу, поэтому поверхность там слишком горячая для существования жидкой воды.

Второе тело, теплый юпитер TOI-201 b, является газовым гигантом массой примерно в половину юпитерианской и обращается за 53 дня. Такие “теплые юпитеры” занимают промежуточное положение между раскаленными газовыми гигантами с орбитами в несколько дней и холодными далекими гигантами вроде нашего Юпитера, чей год длится около 12 лет. Астрономы до сих пор не до конца понимают, как такие тела попадают на свои орбиты.

Самым массивным телом в системе после звезды оказался коричневый карлик TOI-201 c. Он движется по широкой, сильно вытянутой орбите с периодом около 7,9 лет. TOI-201 c — это самый долгопериодический транзитный объект из всех когда-либо обнаруженных. Масса коричневого карлика находится на границе между массивными планетами и звездами, и главная загадка в том, сформировался ли этот объект как планета или как звезда. Коричневый карлик примерно в 13 раз массивнее Юпитера, но все еще слишком легок, чтобы запустить в своем ядре термоядерный синтез водорода подобно Солнцу.

Уникальность системы TOI-201 заключается в том, что ее орбиты активно меняются на временных масштабах, доступных наблюдению человеком. Углы наклона орбит трех тел не совпадают, и из-за этого они медленно, но неуклонно меняют ориентацию друг относительно друга. Это стало неожиданностью, поскольку планеты, рождающиеся из протопланетного диска, должны двигаться в одной плоскости, как планеты Солнечной системы.

Однако в TOI-201 орбиты оказались сильно наклонены. Ученые смогли подтвердить архитектуру системы, объединив сразу четыре метода наблюдений: спектроскопию для измерения колебаний звезды и масс планет, транзитную фотометрию для регистрации прохождений тел на фоне звезды, анализ вариаций времени транзитов (TTV), вызванных гравитационным влиянием соседей, и астрометрию на основе данных миссий Hipparcos и Gaia.

Для сбора данных использовались спектрографы в Чили (CORALIE, HARPS, PFS, FEROS), австралийский MINERVA-Australis, космический телескоп TESS, телескоп ASTEP в Антарктиде (проект Обсерватории Лазурного Берега, Университета Бирмингема и Европейского космического агентства), а также глобальная сеть LCOGT с телескопами в Чили, Австралии и Южной Африке.

Таким образом, изученная система TOI-201 представляет собой редчайший природный полигон для наблюдения за быстрой динамической эволюцией планетных систем. Уже через 200 лет суперземля перестанет проходить по диску звезды, затем спустя несколько сотен лет транзиты прекратятся у теплого юпитера, а позже и у коричневого карлика, хотя спустя тысячи лет они могут возобновиться вновь. Следующий транзит коричневого карлика TOI-201 c ожидается 26 марта 2031 года, что даст ученым редкую возможность для дальнейших наблюдений.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях