Пятна на фоне транзита: разгадка геометрии и магнитной активности в системе TOI-3884
По мере того как атмосферные наблюдения экзопланет становятся все более точными, особенно с использованием космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST), все большее значение приобретает учет влияния звёездных пятен на измерения. Звездные пятна — это относительно холодные и темные области на поверхности звезды, возникающие вследствие сильных магнитных полей. При транзите планеты перед звездой эти пятна могут существенно искажать форму кривой блеска, имитируя или маскируя атмосферные сигналы, особенно когда речь идет о различиях глубины транзита всего в 0,01 %. Именно поэтому понимание их свойств и динамики стало критически важным для корректной интерпретации данных JWST.
Особую ценность представляют системы, в которых транзитная планета проходит непосредственно через звездные пятна — явление, известное как транзит с пересечением пятен. Такие события крайне редки, но предоставляют уникальную возможность одновременно изучать как характеристики самих пятен, так и геометрию орбитальной системы. Одной из таких систем является TOI-3884, красный карлик, расположенный примерно в 140 световых годах от Земли. Вокруг него обращается планета TOI-3884b — «сверхнептун» с радиусом, превышающим земной в шесть раз. Ее транзиты демонстрируют устойчивый и четкий сигнал пересечения пятен, что делает ее идеальным объектом для детального анализа.
Международная исследовательская группа под руководством ученых из Астробиологического центра в Токио провела комплексное наблюдательное исследование этой системы, объединив данные наземных телескопов для разрешения противоречий, существовавших в предыдущих работах. Особое внимание было уделено определению наклона звездной оси и периода вращения звезды — параметров, которые ранее давали неоднозначные результаты. Для регистрации транзитов с пересечением пятен команда использовала многоцветные фотометрические приборы MuSCAT3 и MuSCAT4, установленные на двухметровых телескопах обсерватории Лас-Кумбрес. В период с февраля по март 2024 года были зафиксированы три транзита, каждый из которых показал ярко выраженные аномалии в кривой блеска, связанные с прохождением планеты над пятнами.
Анализ этих кривых позволил точно определить температурные характеристики пятен: они оказались примерно на 200 К холоднее фотосферы звезды, которая имеет температуру около 3150 К. Кроме того, пятна покрывают около 15 % видимого диска звезды — это значительная доля, указывающая на высокий уровень магнитной активности. Более того, форма сигнала изменялась от транзита к транзиту, причем эти изменения происходили в течение короткого временного интервала, что исключает эволюцию пятен как основную причину. Вместо этого, наиболее вероятным объяснением является вращение звезды, которое меняет положение пятен относительно траектории планеты.
Для подтверждения этой гипотезы исследователи провели длительный фотометрический мониторинг звезды с декабря 2024 по март 2025 года, используя глобальную сеть метровых телескопов Лас-Кумбрес. Наблюдения проводились несколько раз за ночь, что позволило получить высокоточные данные о вариациях блеска. Анализ этих данных выявил четкие периодические колебания, позволяющие впервые точно определить период вращения звезды TOI-3884 — он составляет 11,05 земных суток. Этот результат согласуется с изменением формы транзитных сигналов, что дает уверенность в правильности интерпретации.
На основе совмещенных данных о вращении звезды и движении пятен команда смогла восстановить геометрию системы с беспрецедентной точностью. Оказалось, что угол между осью вращения звезды и плоскостью орбиты планеты составляет около 62 градусов. Такой крупный наклон крайне необычен для систем с горячими нептунами и обычно объясняется гравитационными возмущениями со стороны массивных внешних компаньонов — либо других планет, либо звезд. Однако в случае TOI-3884 никаких следов таких компаньонов обнаружено не было, что ставит под вопрос традиционные модели формирования и эволюции орбит. Это делает систему TOI-3884 особенной и интригующей — она может быть свидетельством сложного динамического прошлого, связанного с рассеянием планет или взаимодействием с другими объектами в ранней фазе жизни системы, оставившим лишь следы в виде асимметричного распределения магнитных полей.
В перспективе система TOI-3884 станет одним из ключевых объектов для дальнейших исследований как в контексте экзопланетарной атмосферологии, так и звездной физики. Ее уникальные свойства открывают новые возможности для тестирования теорий формирования планетных систем и понимания связи между магнитной активностью звезды и динамикой ее планет. Кроме того, успешное применение наземных многоцветных фотометрических наблюдений в сочетании с глобальной сетью телескопов демонстрирует, что даже в эпоху JWST наземные инструменты остаются незаменимыми для решения фундаментальных задач, связанных с интерпретацией космических данных.
Результаты исследования были опубликованы в журнале The Astronomical Journal и уже привлекают внимание научного сообщества как образец того, как точные наблюдения в одном диапазоне могут раскрыть скрытые аспекты целой системы. Будущие наблюдения TOI-3884, включая спектроскопию в инфракрасном диапазоне и поиск возможных компаньонов, должны продолжить раскрывать тайны этой необычной системы и, возможно, пролить свет на общие закономерности, управляющие эволюцией маломассивных звезд и их планет.