Астрономы Мэттью Хансен и Джейсон Диттман из Университета Флориды объявили об обнаружении четырех новых кандидатов в экзопланеты. Эти объекты были найдены в архивных данных телескопа «Кеплер» и отличаются рекордно долгими орбитальными периодами, которые превышают 342 дня. Результаты исследования, принятые к публикации в Астрофизическом журнале (The Astronomical Journal), представляют собой важный шаг в изучении устройства далеких планетных систем, где планеты обращаются на большом расстоянии от своих звезд.
Большинство открытых экзопланет находятся слишком близко к своим звездам. Так происходит не потому, что далеких планет мало, а из-за ограничений метода поиска: транзитный метод, основанный на измерении яркости звезды, лучше всего работает, когда планета проходит перед диском звезды часто и регулярно.
Чтобы заметить планету с периодом обращения в несколько лет, ученому нужно терпеливо ждать, когда она закроет свою звезду, и это событие может случиться всего один-два раза за все время наблюдений. Именно поэтому долгопериодические планеты остаются редкой находкой, что не позволяет составить полную картину о том, как устроены планетные системы за пределами нашей.
Мэттью Хансен и Джейсон Диттман решили эту проблему с помощью искусственного интеллекта. Они создали нейросеть, которая, в отличие от классических алгоритмов, способна распознавать одиночные, едва заметные провалы яркости на графике блеска звезды. Для обучения сети ученые использовали не только данные о светимости звезд, но и инженерную информацию о работе самого космического телескопа «Кеплер», такую как температура его инструментов и положение в пространстве.
Обучив алгоритм отличать реальные затмения от шумов и технических сбоев, авторы применили его к 1605 звездным системам, где уже были известны транзитные планеты. Такой подход увеличивал шансы найти соседей, так как если одна планета в системе проходит перед звездой, то и другие, скорее всего, лежат в той же плоскости.
В результате кропотливой работы, сопровождавшейся тщательной проверкой каждого подозрительного сигнала, ученым удалось найти четыре новых объекта. Два из них, Kepler 1752.02 и Kepler 199.03, имеют достаточно данных, чтобы определить их период: 778 и 505 дней соответственно. Это довольно крупные миры, размером от 2,7 до 3,5 радиусов Земли, что ставит их в категорию «мини-нептунов«. Два других кандидата, Kepler 1897.02 и Kepler 1811.02, оказались еще более загадочными: за все время работы «Кеплера» они прошли перед своей звездой лишь однажды, поэтому их точный период пока неизвестен, но он точно превышает 342 дня. Все четыре планеты вращаются вокруг относительно тусклых и холодных звезд.
Самое интересное, что все эти новооткрытые планеты находятся в системах, где внутренние планеты демонстрируют странное поведение, небольшие отклонения от рассчитанного времени транзита. Эти так называемые транзитные временные вариации возникают под действием гравитации соседних тел. Однако новые кандидаты, находясь очень далеко от своих «соседей», сами по себе не могут объяснить эти возмущения. Это означает, что внутри систем, скорее всего, скрываются еще какие-то объекты, которые мы пока не видим, возможно, планеты поменьше, не проходящие перед звездой, либо невидимые для алгоритмов.
Исследование показывает, что мы имеем дело лишь с верхушкой айсберга. Ученые провели моделирование и выяснили, что для объяснения «странного» поведения внутренних планет нужны еще тела, которые вращаются строго между ними и новыми кандидатами. Эти промежуточные планеты могут быть столь малы, что современные методы их попросту «не замечают». Например, в системе Kepler 1752 невидимый возмутитель может иметь радиус всего 1,6 земного, что находится за порогом чувствительности телескопа.
В завершение стоит отметить, что подтвердить существование столь далеких планет крайне сложно. Их транзиты длятся более 10 часов и случаются раз в несколько лет, что делает наземные наблюдения практически невозможными. Однако у астрономов есть надежда на будущий космический телескоп PLATO, который в рамках своей долгой миссии сможет «поймать» следующий пролет этих кандидатов.
Здесь стоит отметить, что главная проблема — это не длительность, а «размазанность» сигнала. Транзит длится 10 часов. Казалось бы, это очень удобно, можно спокойно навести телескоп и следить за процессом. Но в том-то и дело, что глубина этих транзитов (то есть насколько сильно падает яркость звезды) составляет всего около 0,1% (или 1000 частей на миллион).
Чтобы уверенно зафиксировать такое крошечное падение яркости, нужна невероятно стабильная атмосфера. За 10 часов наблюдений с Земли условия неизбежно меняются: Солнце садится или восходит, меняется прозрачность воздуха, проходят облака, меняется влажность. Атмосфера «дышит», и эти помехи накладываются на сигнал звезды. В итоге, естественные колебания яркости звезды из-за земной атмосферы оказываются больше, чем сам транзит. Сигнал просто «тонет» в шумах воздуха.
Для сравнения: транзиты «горячих Юпитеров» (которые открывают чаще всего) длятся 2–3 часа и происходят каждые несколько дней. Их можно наблюдать много раз и складывать данные, чтобы «вытащить» слабый сигнал из шума. В нашем же случае такая возможность отсутствует.
В результате исследования с применением нейросетей в данных телескопа «Кеплер» обнаружены четыре новых кандидата в планеты с орбитальными периодами от 342 дней и более. Два из них имеют подтвержденные периоды около 778 и 505 дней.
Все новые объекты входят в системы с известными планетами, которые испытывают гравитационные возмущения, однако сами новички слишком далеки, чтобы быть их причиной. Это указывает на наличие в этих системах еще неоткрытых, вероятно, небольших тел, скрывающихся между внутренними и внешними планетами.
Научная публикация:
Exploring Long-period Architectures: Four New Planet Candidates from Kepler with Periods >342 days
Matthew T. Hansen, Jason A. Dittmann
https://doi.org/10.3847/1538-3881/ae8c32
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
