Новый метод обработки данных выявил кандидата в пятую планету системы HR 8799

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги из Канады, Австралии и Европы объявили об обнаружении возможной пятой планеты в знаменитой системе HR 8799. Наблюдения, выполненные космическим телескопом Джеймс Уэбб, выявили слабый источник вблизи звезды на расстоянии около 150 миллисекунд дуги, что соответствует орбитальному радиусу примерно 7 астрономических единиц. Статья опубликована в виде препринта на arXiv и готовится к публикации в журнале ApJ.

Система HR 8799 давно занимает особое место в астрономии. Это единственная известная система, где напрямую сфотографированы четыре гигантские планеты, каждая тяжелее Юпитера в несколько раз. Они обращаются вокруг молодой звезды на расстояниях от 15 до 70 астрономических единиц, и их устойчивость долгое время оставалась загадкой. Многие теоретики предполагали, что планеты удерживаются в резонансе, а между звездой и самой внутренней из известных планет может скрываться еще один, пятый мир. Проверить это предположение мешала нехватка чувствительности: чтобы увидеть такой объект, нужно одновременно очень высокое угловое разрешение и очень высокий контраст. Наземные наблюдения обычно не опускались ниже контраста в тысячные доли, тогда как для обнаружения планеты требовался уровень порядка десятитысячных.

Прорыв стал возможен благодаря новой методике обработки данных. Команда астрономов использовала модель AMIGO, которая представляет собой сквозную физическую модель всего пути света: от оптики телескопа до электроники детектора. В отличие от прежних подходов, здесь учитывается эффект «яркого раздутия» пикселей, из-за которого соседние пиксели искажают интерференционную картину.

Ранее был представлен 12-летний таймлапс четырех экзопланет, вращающихся вокруг звезды HR8799.

Модель обучается на калибровочных данных и предсказывает, как именно детектор искажает сигнал, после чего эти искажения можно отделить от астрофизического источника. Дополнительно применяется метод самокалибрующихся наблюдаемых величин, которые нечувствительны к первым порядкам оптических аберраций. В результате удалось достичь контраста около двух десятитысячных в фильтре F380M, что примерно на порядок лучше, чем давали стандартные методы.

Анализ данных показал, что после вычитания четырех известных планет в остатках остается статистически значимый пик к северу от звезды и он соответствует уверенности выше трех сигм. Этот источник, получивший обозначение HR 8799 f, расположен на проекционном расстоянии около 150 миллисекунд дуги от звезды. Если объект связан с системой, то его орбитальный радиус составляет примерно 7 астрономических единиц, а масса, по оценкам, лежит в диапазоне от нескольких масс Юпитера до нескольких десятков. Положение кандидата неплохо согласуется с одной из устойчивых резонансных конфигураций, предсказанных для пяти-планетной системы, хотя авторы подчеркивают, что это совпадение может быть случайным.

Фотометрия кандидата сопоставлена с оценками светимости по атмосферным моделям, и в целом картина выглядит непротиворечивой, но окончательно подтвердить природу объекта пока нельзя. Авторы специально подчеркивают, что обнаружение остается предварительным: необходимы повторные наблюдения в нескольких фильтрах и с лучшим контролем систематики.

Орбитальные построения, объединяющие относительную астрометрию с абсолютными измерениями Gaia и Hipparcos, показывают, что положение кандидата совместимо с гравитационной привязкой к звезде. Масса кандидата по этим построениям получается неожиданно низкой, около 1,7 массы Юпитера, но авторы объясняют это тем, что одна точка на орбите не позволяет надежно определить массу динамически. Будущие данные Gaia DR4 и дополнительные наблюдения должны уточнить этот вопрос.

Главный результат исследования в том, что в архивных данных Джеймса Уэбба, обработанных с помощью новой модели AMIGO, найден статистически значимый кандидат в пятую планету системы HR 8799. Он расположен всего в нескольких астрономических единицах от звезды и имеет контраст порядка двух десятитысячных в ближнем инфракрасном диапазоне.

Если открытие подтвердится, HR 8799 станет первой напрямую сфотографированной системой с пятью гигантскими планетами, а это даст важнейшие сведения о том, как формируются и эволюционируют планетные системы с широко разнесенными газовыми гигантами.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях