От горячего Сатурна до Суперземли: что скрывают радиальные скорости трех тусклых звезд

Группа астрономов под руководством Р. Барнса представила результаты анализа трех тусклых и спокойных звезд, отобранных в рамках проекта Dispersed Matter Planet Project (DMPP). Исследование, принятое к публикации в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), посвящено поиску экзопланет методом радиальных скоростей с использованием высокоточных спектрографов HARPS и ESPRESSO. Ученые обнаружили убедительные доказательства существования массивной планеты у звезды DMPP-7, а также нашли умеренные свидетельства в пользу двух кандидатов в планеты земного типа у звезд HD 67200 и HD 2134, однако окончательное подтверждение требует дополнительных наблюдений.

Астрономы продолжают охоту за экзопланетами, и сегодня все больше внимания уделяется небольшим мирам, скалистым планетам и мини-нептунам. Однако большинство таких объектов открыто транзитными методами, например, с помощью телескопа «Кеплер», а вот измерить их массу намного сложнее, потому что для этого нужны дорогие и трудоемкие наблюдения на крупных наземных телескопах. В результате мы знаем радиусы множества планет, но массы лишь у меньшинства. Особенно трудно искать легкие планеты методом радиальных скоростей, так как их гравитационное влияние на звезду очень слабое и его легко спутать с сигналами от самой звезды — пятнами, вспышками или вращением.

Чтобы обойти эту проблему, проект DMPP целенаправленно выбирает звезды с аномально низкой хромосферной активностью. Предполагается, что такая тишина может быть следствием присутствия близких планет, которые «сдувают» часть вещества, подавляя обычные звездные шумы. В новой работе ученые взяли три такие звезды — HD 67200, DMPP-7 (она же HD 118006) и HD 2134, и обработали их спектры, накопленные за несколько лет с помощью инструментов HARPS и ESPRESSO. Для анализа они применили сложные байесовские модели, которые позволяют сравнивать чисто кеплеровские орбиты с моделями, включающими гауссовские процессы — математический способ описать переменность, вызванную активностью звезды.

Звезда DMPP-7 оказалась самой яркой и богатой на находки. У нее уверенно обнаружили одну планету с периодом 4,93 дня и минимальной массой около 69 масс Земли, это почти 0,72 массы Сатурна. Планета вращается по довольно тесной орбите, и ее равновесная температура, по оценкам, превышает 1400 кельвинов. Кроме того, в данных просматривается еще один слабый сигнал с периодом около 21 дня, но он с равным успехом может объясняться как второй планетой, так и вращением звезды. Ученые склоняются к активности, тем более что фотометрия телескопа TESS показывает схожие периодичности, а анализ кривых блеска указывает на возможное присутствие звездных пятен и дифференциального вращения, как у Солнца.

Две другие звезды оказались более загадочными. У HD 67200, несмотря на изначально очень низкую активность, наблюдения выявили периодический сигнал в хромосферных линиях кальция с периодом около 16 дней, что согласуется с ожидаемой скоростью вращения звезды. При сравнении моделей чисто планетарная интерпретация проигрывает модели с гауссовским процессом, то есть данные лучше описываются переменностью самой звезды. Однако внутри этой звездной модели все же просматривается умеренное свидетельство в пользу короткопериодического сигнала с периодом 2,67 дня и амплитудой менее 1 м/с. Если это действительно планета, ее минимальная масса составляет всего 2,07 массы Земли, что делает ее одним из самых легких кандидатов. Но подтвердить это пока нельзя, нужны новые замеры.

Похожая ситуация и с HD 2134. Здесь обнаруживаются два периода в радиальных скоростях: один длиной около 32 дней, а другой в  2,78 дня. Длинный сигнал коррелирует с изменениями ширины спектральных линий, что указывает на звездную природу. Короткий сигнал, напротив, выглядит более устойчиво и не имеет явной связи с активностью.

Модели с гауссовским процессом дают умеренное, но не окончательное предпочтение планетарной гипотезе. Если планета существует, ее минимальная масса оценивается в 2,86 масс Земли, а орбитальный радиус около 0,04 астрономической единицы. Но авторы подчеркивают, что даже при таком низком уровне активности конвективные движения в атмосфере звезды (супергрануляция) могут создавать ложные сигналы на масштабах 1–2 дней, поэтому окончательный вердикт откладывается.

Интересно, что ни для одной из звезд не удалось найти транзитов в данных TESS. Для DMPP-7 это особенно удивительно, ведь ее планета крупная, и ожидаемая глубина транзита должна быть около 3400 ppm — это легко заметно. Отсутствие транзитов означает, что орбиты, скорее всего, наклонены относительно луча зрения, либо мы имеем дело с ложными сигналами. Тем не менее, даже без транзитов исследование показывает, насколько важно учитывать звездную активность при поиске планет. Пренебрежение ею может привести к ложным открытиям или, наоборот, к пропуску реальных миров.

В итоге астрономы уверенно подтверждают одну планету — горячий сатурн у звезды DMPP-7. Еще два кандидата в суперземли, у HD 67200 и HD 2134, остаются под вопросом: их сигналы слабы и могут быть объяснены как планетарными, так и звездными процессами. Для окончательного решения необходимы дополнительные высокоточные измерения. Если кандидаты подтвердятся, это станет важным вкладом в изучение планет, населяющих окрестности Солнечной системы.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях