181 новая планета-кандидат у тусклых звезд: TESS расширяет список целей для будущих ультрафиолетовых наблюдений

Группа исследователей под руководством Мэтью Ластовки из Мэрилендского университета и Центра космических полетов имени Годдарда проанализировала данные космического телескопа TESS и обнаружила 262 кандидата в планеты, из которых 181 ранее не был известен, а два кандидата прошли статистическую проверку и считаются подтвержденными планетами. Работа принята к публикации в журнале The Astronomical Journal и посвящена подготовке к наблюдениям с помощью будущего ультрафиолетового телескопа ULTRASAT, запуск которого запланирован на конец 2027 года.

Охота за планетами у других звезд давно перестала быть экзотикой: TESS и его предшественники открыли тысячи миров, но подавляющее большинство поисков сосредоточено на ярких звездах. Причина проста — чем ярче звезда, тем легче заметить крошечное падение блеска, когда планета проходит по ее диску, и тем проще потом изучить эту планету другими инструментами. Тусклые звезды оставались в стороне, хотя их на небе гораздо больше.

Именно эту «слепую зону» и решила исследовать команда ученых, но не из чистого любопытства. Дело в том, что скоро на орбиту отправится телескоп ULTRASAT (Ultraviolet Transient Astronomy Satellite), который будет смотреть на небо в ультрафиолетовом диапазоне — том самом, который почти полностью поглощается атмосферой Земли и поэтому почти недоступен для наземных наблюдений. Ультрафиолетовые наблюдения транзитов, то есть прохождений планет по диску своей звезды, способны рассказать о том, как атмосферы планет теряют вещество в космос, какие в них облака и дымки, как они взаимодействуют со звездным ветром. Но чтобы вести такие исследования, нужны планеты, которые ULTRASAT сможет увидеть. А для этого нужно заранее найти как можно больше подходящих целей.

Исследователи выбрали три области неба, которые ULTRASAT будет наблюдать с высокой частотой — примерно раз в пять минут, по полгода на каждую. Эти области площадью около 612 квадратных градусов, что составляет примерно полтора процента всего неба, перекрываются с зонами, которые телескоп TESS наблюдал особенно долго и часто.

Из каталога TESS ученые отобрали звезды слабее 13,5 звездной величины, но не слабее 16-й, то есть примерно в десять раз тусклее тех, что обычно попадают в стандартные поиски. Затем они применили новый метод построения кривых блеска под названием tess-phomo, который позволяет выжимать максимум точности из снимков слабых звезд, и прогнали полученные данные через алгоритм поиска транзитов. Чтобы не утонуть в вычислительных затратах, исследователи искали только планеты с периодами короче 12 дней и разбивали длинные ряды наблюдений на куски, соответствующие отдельным наблюдательным кампаниям TESS.

Каждый сигнал, прошедший первичный отбор, проверялся автоматической системой, которая отсеивает ложные тревоги: затмения двойных звезд, сбои аппаратуры, случайные колебания блеска. Дополнительно для каждого кандидата оценивалась вероятность того, что сигнал на самом деле не планета, а что-то другое, с помощью специальной программы, которая рассматривает разные сценарии — настоящая планета, фоновая затменная звезда, коричневый карлик и так далее.

Результат превзошел ожидания. Из почти полумиллиона первоначальных сигналов после всех проверок осталось 262 кандидата в планеты, и 181 из них — новые. Более того, два кандидата прошли строгий статистический порог, при котором вероятность ложного открытия составляет меньше полутора процентов, а вероятность того, что сигнал идет от звезды, меньше одной тысячной. Эти две планеты, получившие обозначения TIC 220432308 b и TIC 219893931 b, вращаются вокруг своих звезд с периодами около 3,3 и 6,4 дня и по размерам сопоставимы с Нептуном.

Правда, ни одна из них, скорее всего, не будет видна ULTRASAT — их сигнал в ультрафиолете слишком слаб. Зато среди новых кандидатов нашлись объекты, которые действительно представляют интерес для будущего телескопа. Например, TIC 198079261.01, самая маленькая планета в выборке, радиусом меньше Земли, вращающаяся вокруг одной из самых маленьких известных звезд, что делает ее удобной мишенью для изучения атмосферы, в том числе с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб. Еще один кандидат, TIC 199608547.01, находится прямо в «долине радиусов» — загадочной области, где планет определенного размера почти не встречается, и его изучение поможет понять, как формируются и эволюционируют небольшие миры. А кандидат TIC 358337224.01 это гигантская планета размером с Юпитер, обращающаяся вокруг маленькой звезды, что плохо укладывается в существующие модели формирования планет и требует дополнительных наблюдений.

Самое интригующее в этой работе не только найденные планеты, но и оценка того, сколько еще можно найти. Авторы подсчитали, что если применить их методику ко всему архиву TESS, то есть ко всему небу, а не только к трем областям ULTRASAT, можно обнаружить порядка 12 тысяч новых кандидатов в планеты. Это больше, чем все кандидаты, найденные TESS на сегодняшний день. Правда, для этого потребуются серьезные вычислительные ресурсы и дополнительная оптимизация алгоритмов, но потенциальная научная отдача огромна. Кроме того, авторы отмечают, что их поиск был ограничен короткими периодами, а данные TESS позволяют искать и более далекие от своих звезд планеты, а также системы с несколькими планетами, но это уже задача для следующих работ.

В итоге это исследование делает сразу несколько вещей. Оно показывает, что TESS способен находить планеты у звезд, которые обычно остаются без внимания, и что таких планет много. Оно увеличивает число известных кандидатов в экзопланеты, которые сможет наблюдать ULTRASAT, — а значит, будущий телескоп получит возможность провести массовый обзор транзитов в ультрафиолетовом диапазоне, что поможет понять, как атмосферы планет теряют вещество и какие процессы происходят в их верхних слоях. И наконец, оно прокладывает дорогу для будущих поисков, которые могут радикально расширить наши представления о разнообразии планетных систем в Галактике.