za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Проект SPECULOOS готовится к началу поисков аналогов уникальной планетной системы TRAPPIST-1



  Астрономический проект SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) назван в честь пряного хрустящего печенья родом из Бельгии и Нидерландов


   Недавняя публикация в Архив.орг снова напоминает о крупном астрономическом проекте по поиску потенциально обитаемых планет у ультрахолодных карликов. Среди соавторов публикации наш соотечественник Артем Бурданов из Коуровской обсерватории. После открытия уникальной планетной системы TRAPPIST-1 состоящей сразу из 7 землеразмерных планет остаётся мало сомнений в том, что проект SPECULOOS сможет обнаружить ещё более удивительные планетные системы у ультрахолодных карликов.


  Ультрахолодными карликами называют звезды и коричневые карлики с температурой поверхности меньше 2700 Кельвинов (спектральный тип позже М6). Светимость таких объектов в тысячу и более раз меньше чем у Солнца, а масса более чем в 10 раз меньше массы Солнца. В то же период вращения таких небесных тел может составлять всего 1-2 часа (скорость вращения больше 80 км в секунду). Время нахождения таких звезд на главной последовательности превышает триллион лет (!):



 Слайд с конференции по планированию будущих наблюдений экзопланет с помощью JWST. Источник


    Количество ультрахолодных карликов в солнечной окрестности меньше, чем количество более массивных красных карликов (массой от 0.1 до 0.5 масс Солнца). С другой стороны количество известных ультрахолодных карликов в радиусе 8 парсек более чем в 5 раз больше, чем звезд солнечного типа. По причине того, что размер таких объектов близок к диаметру Юпитера, обнаружение у них транзитных планет размером с Землю является выполнимой задачей даже для наземных телескопов. До последнего времени оставался лишь вопрос, как часто встречаются планеты у таких тусклых объектов.

   Для ответа на этот вопрос прототип проекта SPECULOOS – 60-см телескоп TRAPPIST в Южной Европейской обсерватории в 2011-2016 годах провел поиск транзитов планет у 40-50 наиболее ярких ультрахолодных карликов на южном небе. Их яркость составила в фильтре J между 5.4 и 12 звездных величин (среднее значение 11.3 звездных величин). Каждая цель наблюдалась как минимум 100 часов. Наблюдения показали, что у половины наблюдавшихся целей фотометрическая кривая является плоской. У других 30% выборки наблюдавшихся целей регистрировались вспышки с амплитудой до нескольких процентов от общей яркости (типичная длительность вспышек составила 10-30 минут со средней частотой одна вспышка на 3-4 ночи наблюдений). У оставшихся 30% целей наблюдались периодические колебания блеска с амплитудой до 5% от общей яркости, связанные с вращением ультрахолодного карлика.

    Выборка ультрахолодных карликов, которые наблюдались с помощью телескопа TRAPPIST была намного больше, чем та, которая наблюдалась с помощью наземного проекта MEarth или космического телескопа Кеплер в ходе первичной миссии:



Сравнение звездных выборок проекта Mearth и телескопа Кеплер. Источник



  Сравнение звездных выборок проектов MEarth и SPECULOOS. Источник


    В результате этих поисков и была открыта уникальная семипланетная система TRAPPIST-1. Учитывая, что геометрическая вероятность транзита самой внутренней планеты этой системы составляет только 5%, то из этого следовало, что планетные системы подобные TRAPPIST-1 (спектральный класс М8) должны существовать примерно у трети ультрахолодных карликов. После исторического открытия две группы астрономов проанализировали данные космических телескопов с целью обнаружения похожих систем, но смогли получить лишь верхние пределы:

1)      Анализ данных телескопа Кеплер (миссия К2)

К лету 2016 года были проанализированы данные первых 6 полей продленной миссии космического телескопа (наблюдались с марта 2014 года по сентябрь 2015 года). В них содержится 70-суточая фотометрия 189 спектроскопически подтвержденных ультрахолодных карликов спектральных классов М5.5-М9. Яркость этих объектов составляла от 14.5 до 23.9 звездных величин. Распределение данных карликов по спектральным типам:



    Поиск в этих данных не смог обнаружить ни одного транзитного кандидата с периодом обращения между 0.8 и 40 суток с SNR равным или превышающим 4. Использование метода Монте Карло (вбрасывание искусственных транзитов планет в фотометрию) показало, что аналог самой внутренней планеты системы TRAPPIST-1 (с максимальной вероятностью транзита в 5%) можно было обнаружить лишь у 11% выборки или примерно у 20 ультрахолодных карликов. Для сравнения как говорилось выше, телескоп TRAPPIST к моменту первого открытия пронаблюдал 40-50 ультрахолодных карликов. С другой стороны ожидается, что к моменту окончания работы телескопа Кеплер  в конце 2018 года число наблюдавшихся ультрахолодных карликов достигнет тысячи, что позволит уточнить оценки встречаемости планетных систем.

2)      Анализ данных телескопа Спитцер

    В 8 цикле (2013 год) телескоп Спитцер осуществил большую программу Weather on Other Worlds (WOW или Погода на других мирах) по наблюдению 44 коричневых карликов спектральных классов от L3 до T8 длительностью в 873 часов с целью изучения динамики их атмосфер. Яркость в фильтре J для наблюдавшихся коричневых карликов была заключена между 12 и 17 звездных величин:



   В среднем цели наблюдались по 21 часов, точность фотометрии позволяла обнаружить транзиты аналогов планеты TRAPPIST-1b у большинства целей:



 Анализ фотометрии смог обнаружить лишь шесть маловероятных кандидатов в одиночные транзиты землеразмерных планет с глубиной около 1%:





    Использование метода Монте Карло (вбрасывание искусственных транзитов планет в фотометрию) показало, что аналог самой внутренней планеты системы TRAPPIST-1 (с максимальной вероятностью транзита в 5%) можно было обнаружить у 33 из 44 (75%) целей. В заключение делается вывод, что для того чтобы обнаружить хотя бы один аналог TRAPPIST-1 потребуется пронаблюдать 175 коричневых карликов по 42 часа каждый. Такая программа потребует 7350 часов (или 10 месяцев) наблюдений телескопа Спитцер.

   Вышеприведенные оценки показывают, что космические телескопы Кеплер и Спитцер мало пригодны для поиска аналогов системы TRAPPIST-1. Первый телескоп наблюдает в оптическом диапазоне, поэтому ему сложно достичь необходимой точности фотометрии для обнаружения транзитов небольших планет (пик излучения у ультрахолодных карликов приходится на ИК-диапазон). Второй телескоп хоть и наблюдает в инфракрасном диапазоне, но в тоже время обладает слишком небольшим полем зрения, которое позволяет наблюдать только по одному объекту за один раз. В связи с этим небольшие наземные телескопы с инфракрасными фильтрами становятся почти вне конкуренции в поиске планетных систем у ультрахолодных карликов. В перспективе лишь проект телескопа TESS может составить им конкуренцию.




    Проект SPECULOOS ставит своей целью поиск планетных систем у тысячи ультрахолодных карликов с помощью двух обсерваторий, каждая из которых будет состоять из четырех 1-метровых телескопов с 6.2-метровыми куполами ASTELCO.








  Слайд с конференции по планированию будущих наблюдений экзопланет с помощью JWST. Источник

   Установка телескопов началась в ноябре 2016 года:


















 Весной первые два телескопа (Ио и Европа) провели первые наблюдения:









 Первые снимки телескопа Европа, сделанные 14 и 20 марта 2017 года. На них показаны Юпитер, Сатурн и галактики М83 и М104

   Видео работы одного из телескопов:



  Телескопы проекта уже осуществили пробные наблюдения транзитов планет TRAPPIST-1:




 Слайд с конференции по планированию будущих наблюдений экзопланет с помощью JWST. Источник

   Для сравнения фотометрия транзитов тех же планет на прототипе проекта – южном 60-см телескопе TRAPPIST:





    Планируется, что третий и четвертый телескоп южной обсерватории будут установлены в ESO в октябре и декабре:




  Слайд с конференции по планированию будущих наблюдений экзопланет с помощью JWST. Источник
 
   Место расположения северной обсерватории проекта SPECULOOS пока находится под обсуждением. Предлагается два кандидата – Мексика и (или) Канарские острова:



 Слайд с конференции по планированию будущих наблюдений экзопланет с помощью JWST. Источник



 Слайд с конференции 2017 Breakthrough Discuss

   Стоимость одного 1-метрого телескопа оценивается в миллион долларов. В последней публикации Артема Бурданова говорится, что северная обсерватория начнет наблюдения с 2019 года.

   Основная цель проекта SPECULOOS произвести поиск транзитных планет у всех ультрахолодных карликов (среди них 20% являются коричневыми карликами) которые ярче J=14 и у всех красных карликов спектральных типов M5-М6, которые ярче J=12. Количество таких объектов составит около тысячи:



    Точность фотометрии телескопов проекта составляет около 0.1% для звезд ярче J=14 на интервалах в несколько минут. Южная обсерватория проведет поиск планет у 500 южных целей. На проверку одного ультрахолодного карлика планируется затрачивать 10 ночей или около 100 часов наблюдений. Поэтому авторы проекта планируют уложиться за 5 лет (12 тысяч наблюдений 4 телескопов). Конечно, при этом необходимо учитывать наблюдательное время, которое необходимо на поиск дополнительных транзитных планет в открытых планетных системах. Так публикация первых трех планет системы TRAPPIST-1 в мае 2016 года была сделана на основе 245 часов наблюдений южного 60-см телескопа TRAPPIST, сделанных в 62 разные ночи к концу 2015 года с помощью экспозиций по 1.2 минуты. Публикация всех семи планет в феврале 2017 года была выполнена уже на основе нескольких тысяч часов наблюдений, сделанных к концу 2016 года:




Слайд с конференции DPS 2016

   К настоящему времени на телескопе Спитцер количество одобренных наблюдений системы увеличилось до 1119 часов, а другой космический телескоп Кеплер выполнил 74-суточные наблюдения системы (около 1800 часов) и планируется повторить подобные наблюдения летом 2019 года:





  Слайды с конференции по планированию будущих наблюдений экзопланет с помощью JWST. Источник


     Основной целью все новых и новых наблюдений транзитов планет является уточнение их массы методом тайминга транзитов:




  Желтыми линиями на схемах выше обозначены прогнозы изменения времени наступления транзитов семи планет системы, которые были сделаны в работе первооткрывателей, синими линиями – такие же прогнозы после добавления данных космического телескопа Кеплер (черные отметки).

    Хотя одновременно ведутся работы и по измерению масс планет с помощью метода лучевых скоростей за счет использования инфракрасных спектрографов:



    Подтверждение планетных систем нового проекта SPECULOOS потребует ещё больше фотометрических и спектроскопических наблюдений:
1)      Открытые планетные системы будут находиться у более далеких и тусклых ультрахолодных карликов
2)      Количество планет в новых планетных системах может ещё больше, чем у TRAPPIST-1

   С другой стороны большой загадкой  остаётся вопрос, насколько окажутся востребованы новые открытия от проекта SPECULOOS для будущих детальных исследований, так как они будут тусклее и дальше системы TRAPPIST-1 (12 парсек и J=11.35). Исключение может составить лишь северные ультрахолодные карлики, где поиски транзитных планет начались только осенью 2016 года после установки в Марроко северного 60-см телескопа TRAPPIST. Очевидно, что наблюдательное время на будущем флагмане экзопланетной науки - телескопе JWST будет крайне дефицитным и его ресурсы будут брошены на как можно более детальное исследование всех 7 планет системы TRAPPIST-1. К настоящему времени на JWST запланированы наблюдения 30 транзитов 5 из 7 планет системы общей продолжительностью около 100 часов:



   Слайд с конференции по планированию будущих наблюдений экзопланет с помощью JWST. Источник

    В то же время теоретические расчеты говорят о том, что для того чтобы JWST смог получить подробные спектры всех семи планет систем потребуется пронаблюдать многие сотни транзитов, что соответствует многим тысячам часов наблюдений:


Tags: speculoos, потенциально обитаемая планета, транзитный метод, транзитые экзопланеты, ультрахолодные карлики, экзопланеты
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 17 comments