za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Свежие результаты российской планетологии




Распределение известных небольших транзитных планет по размеру и расстоянию от Земли. Ближайшей системой с транзитными планетами на сегодня является HD 219134 с двумя опубликованными планетами (b и с). Тот факт, что на схеме у HD 219134 указаны ещё две транзитные планеты (d и f) может говорить о неопубликованных открытиях в этой системе. Источник схемы здесь.


     За последние несколько месяцев мне встретился ряд интересных публикаций российских астрономов по планетной астрономии. Наиболее интересным стало опубликованное исследование астрономов САО (Специальной Астрофизической Обсерватории), Крымской и Пулковской обсерваторий, а так же нескольких других зарубежных обсерваторий по теме ближайшей планетной системы с известными транзитными планетами. Речь идет об уникальной системе оранжевого карлика HD 219134, удаленной от Солнечной Системы на 6 парсек. Летом 2015 года в этой системе была открыта первая транзитная планета, а так же заявлено о существовании в этой же планетной системе ещё до 6 других планет, обнаруженных на основе периодических колебаний лучевой скорости звезды. Всего через год было сообщено об открытие транзитов второй планеты.
Первые транзиты двух планет системы были обнаружены космическим инфракрасным телескопом “Спитцер” на длине волны в 4.5 микрон. Глубина транзитов обоих планет составила примерно 350 ppm (частей на миллион) или около 1/3000 от общего светового потока звезды.

    Такое небольшое ослабление блеска крайне сложно обнаружить с помощью наземных телескопов из-за постоянной турбулентности земной атмосферы. Казалось бы, только космические телескопы могут обнаружить транзиты суперземель системы HD 219134. Но реальность показала, что это далеко не так. Всего через две недели после официальной публикации открытия первой транзитной планеты, российские астрономы попытались обнаружить транзит планеты с помощью сравнительно небольшого 1-метрового телескопа обсерватории САО. Наблюдения проводились в двух фильтрах U и В системы Джонсона.





Астрономические фильтры. Взято отсюда.


   Первые наблюдения привели к неожиданному результату. Вопреки пессимистическим ожиданиям, транзит планеты был обнаружен в фильтре U (в фильтре B его обнаружить не удалось). Во время некоторых наблюдений (18-19 сентября 2016 года) глубина транзита в фильтре U превышала измерения “Спитцера” даже в 19 раз!

    Для подтверждения аномальной глубины транзита планеты HD 219134b в фильтре U было необходимо как можно большее количество наблюдений. В связи с этим к наблюдениям присоединился 1.25-метровый телескоп в Крымской обсерватории. В общей сложности удалось пронаблюдать 5 транзитов планеты между августом 2015 и ноябрем 2016 года:



    Усреднение всех наблюдений в фильтре U показало, что транзит планеты может быть глубже наблюдений “Спитцера” (черная сплошная линия) примерно в 2 раза:



    Теоретически это может свидетельствовать об открытии большой газовой оболочки (атмосферы) постоянной или переменной природы вокруг планеты. Эта оболочка увеличивает транзит в ультрафиолетовом диапазоне по сравнению с оптическим и инфракрасным диапазоном. Средняя плотность обоих планет системы HD 219134 занимает промежуточное положение между каменными и газовыми планетами:



    В связи с этим не исключено, что причиной появления огромной переменной газовой оболочки у планеты HD 219134b является местная вулканическая активность. Хорошим примером такой активности является спутник Юпитера Ио. В последние годы такую активность заподозрили и у массивной суперземли 55 Рака e – у этой планеты наблюдается переменная глубина вторичных затмений в ближнем инфракрасном диапазоне. С другой стороны не исключена и вероятность просто случайного шума в данных. Как говорилось выше, наблюдения транзитов небольших экзопланет у звезд солнечного типа для наземных телескопов представляют собой большую сложность.

    В любом случае публикация российских астроном стала лишь второй по теме наблюдений транзитов уникальной системы, и первой с результатами наблюдений наземных телескопов.

    Естественно и зарубежные астрономы продолжают изучение этой ближайшей известной системы с транзитными планетами. Согласно архиву космического телескопа имени Хаббла, этот уникальный космический телескоп проводил наблюдения транзитов HD 219134b в ходе уже 4 программ (под номерами 13665, 14461, 14464, 15430). В ходе этих программ наблюдалось 6 транзитов планеты между ноябрем 2015 года и маем 2018 года. В этих наблюдениях использовались фильтры, чувствительные к 140, 430 и 750 нанометров. В связи с этим, возможно в ближайшее время публикация этих наблюдений позволит подтвердить открытие российских астрономов.

    Кроме того известно, что транзиты планеты HD 219134b пытались наблюдать на 3.5-метровом наземном телескопе в обсерватории Апач Пойнт в последней четверти 2016 и 2017 годов. В этих наблюдения использовались фильтры g', r', i', z', Halpha-Off, Semrock.

   В дополнение в недавней работе российских астрономов приводятся новые наблюдения астрономов Пулковской обсерватории транзитов горячего юпитера WASP-33b. Эта планета с 2010 по 2017 год являлась рекордсменом по наблюдаемой температуре поверхности (около 3400 Кельвинов). В ходе наблюдений астрономов Пулковской обсерватории использовались 0.32-метровые и 0.5-метровые телескопы. Последний телескоп установлен на Северном Кавказе. Наблюдения пяти транзитов планеты WASP-33b в 2010-2012 годах с помощью фильтров B, V и R позволяют предположить, что у этой планеты может существовать протяженная газовая оболочка. В результате этого вблизи полосы Hα наблюдается увеличение глубины транзитов примерно на 10%. С другой стороны не исключено, что причиной этих аномалий является активность молодой звезды. Для прояснения этого вопроса потребуются новые наблюдения в фильтре Hα.

    Так же в ходе вышеназванного исследования были получены наблюдения транзитов двух других горячих юпитеров: WASP-43b и WASP-104b. Эти наблюдения показывают отсутствие, каких либо особенностей в спектрах этих двух планет (скорее всего они являются “плоскими”). Впрочем, количество данных для последней планеты пока является недостаточным (планета WASP-104b опубликована сравнительно недавно).

    Недавно астрономы Пулковской обсерватории опубликовали ещё одно важное исследование. В нём предполагается существование второй планеты в системе TrES-5.

    Первая планета в системе TrES-5 была опубликована в 2011 году. С тех пор она остаётся одной из наименее изученных транзитных планет. Так для неё опубликовано к этому времени лишь 8 профессиональных наблюдений транзитов и 15 любительских наблюдений в базе данных ETD. В новом исследовании было получено ещё 30 наблюдений транзитов планеты TrES-5b с 2013 по 2017 годы. Такое значительное увеличение количества измерений было сделано благодаря координации астрономов России, Европы, Северной и Южной Америки. Проект получил название EXPANSION (EXoPlanetary trANsit Search with an Internation Observational Network) и объединил сразу 15 телескопов:



     В итоге объединение старых и новых наблюдений позволяют предположить существование колебаний времени наступления транзитов с максимальной амплитудой в 2 минуты и периодом повторения примерно в 99 суток:






    Теоретические вычисления предполагают, что наблюдаемые периодические колебания могут быть следствием влияния второй неоткрытой планеты в системе, которая находится в резонансе с первой (1:2) и обладает массой в 0.24 масс Юпитера. Для окончательного подтверждения существования планеты потребуются новые измерения лучевой скорости звезды, так как сейчас для системы опубликованы лишь 8 измерений лучевой звезды с большой погрешностью (они были сделаны с помощью 1.2-метрового телескопа обсерватории в Аризоне и спектрографа TRES). Кроме того авторы нового исследования получили два детальных снимка окрестностей системы TrES-5 с помощью 6-метрового телескопа обсерватории САО с целью исключения возможных звездных компаньонов.

   Вероятно окончательное подтверждение TrES-5с может произойти очень скоро. Область высокоточных спектрографов в странах СНГ стремительно развивается. Так спектрограф 6-метрового телескопа недавно отметился подтверждением нескольких транзитных планетных кандидатов космического телескопа “Кеплер“, и возможным открытием планет в системах KOI-974 и Кси Дракона. Последняя звезда представляет собой оранжевый гигант 4-ой звездной величины в 33 парсек от нас. Кроме того для крупнейшего телескопа России изготавливается новый высокоточный спектрограф, который по своим характеристикам будет сравним с лучшими зарубежными аналогами. Так же недавно для Коуровской обсерватории на Урале в САО был изготовлен новый спектрограф с высоким спектральным разрешением, который был установлен на 1.2-метровом телескопе. В дополнение известно, что Yale Exoplanet Laboratory изготовила ещё один высокоточный спектрограф (R=60 000) для 1.65-метрового телескопа Молетской обсерватории в Литве. Он известен под названием VUES (Vilnius University Echelle Spectrograph).

   Ранее уже были отмечены открытия нетранзитных планет через обнаружение периодических колебаний времени наступления затмений транзитных планет (метод тайминга транзитов). Примерами таких планет являются Kepler-19c, Kepler-46с, Kepler-419c, Kepler-338e и KOI-620.02. Все эти открытия были сделаны на основе высокоточной фотометрии космического телескопа. В то же время наземные телескопы обладают значительно худшей точностью фотометрических измерений. Так предположение о второй планете в системе WASP-3, которое было сделано на основе наблюдения транзитов с помощью небольших наземных телескопов в Восточной Европе, при проверке с помощью метода лучевых скоростей не подтвердилось. В связи с этим  TrES-5с может стать первой планетой, которая открыта с помощью метода тайминга транзитов с использованием фотометрии наземных телескопов.

    В целом, как видно выше для российской планетной астрономии остаётся актуальной проблема “низкого SNR” по причине несовершенства инструментальной базы. Открытия с низким SNR увеличивают риск неподтверждения важного открытия или результата в будущем. Эта проблема актуальна и для мировой астрономии. В качестве примера неподтверждения открытий можно привести планеты Альфа Центавра B b и Глизе 436 с. С другой стороны, в истории астрономии известны примеры и подтверждения открытий с низким SNR. Так планета Проксима b с 11-суточным периодом обращения была заподозрена ещё за 3 года до официального открытия. Похожая история случилась и с транзитами планеты HD97658b.

    Кроме того проблемой российской астрономии остаётся слабая социальная защищенность. Недавним примером этого стала незаконная жилищная застройка защитной зоны Пулковской обсерватории.

   Вместе с тем российская планетология, несмотря на трудности, продолжает проводить поиск неизвестных планет. Этой весной уральские астрономы официально опубликовали открытие транзитной планеты KPS-1b. Предысторию этого вопроса можно прочитать здесь. В марте-июле 2016 года французский спектрограф SOPHIE получил 10 высокоточных измерений лучевой скорости последнего, четвертого кандидата. Для получения этих измерений телескоп сделал соответственно 10 спектров звезды 13-ой звездной величины с экспозициями по 20-40 минут. Эти наблюдения позволили измерить лучевую скорость звезды с точностью в 9-22 метров в секунду и окончательно подтвердить планету. Масса планеты оказалась примерно равна массе Юпитера при периоде обращения в 1.3 суток. KPS-1b в созвездии Большой Медведицы может стать одним из последних транзитных горячих юпитеров, открытых с помощью наземных телескопов вне плотных звездных полей. К этому времени открыто около 300 транзитных горячих юпитеров. Планета KPS-1b оказалась одним из самых северных транзитных горячих юпитеров из известных на сегодня:



   Максимальное склонение из всех транзитных планет сейчас у ХО-6b (73 градуса 50 минут), на втором и третьем месте идут Qatar-1b и KPS-1b (65 градуса 10 минут и 64 градуса 58 минут соответственно).

   Как говорилось ранее, открытие KPS-1b было сделано на любительском 28-см телескопе RASA (Rowe-Ackermann Schmidt Astrograph), который был первоначально установлен в пригороде Лос-Анджелеса (город Торранс). На этом телескопе в январе-апреле 2015 года было сделано 7 тысяч снимков с экспозициями по 50 секунд (наблюдения проводились в 21 разных ночей). Затем уральские астрономы проанализировали полученные данные и обнаружили планетный кандидат. Первичное подтверждение кандидата почти целиком проходило в России или ближнем зарубежье. Транзит был подтвержден с помощью метрового телескопа в российско-турецкой обсерватории и 1.65-метрового телескопа в Литве. Для исключения близких звездных компаньонов систему наблюдали на 6-метровом телескопе в обсерватории САО. Кроме того была проведена проверка на вторичное затмение с помощью 28-см телескопа в штате Массачусетс.

   Открытие KPS-1b стало большим везением, так как к настоящему времени крупные проекты вроде SuperWASP и KELT провели поиск транзитных горячих юпитеров почти на всем небе кроме плотных звездных полей Млечного Пути. В связи с этим сейчас российские астрономы решили сконцентрировать усилия на поиске транзитных планет в галактической плоскости. Проект получил название GPX (Galactic Plane eXoplanet Survey). Для его осуществления телескоп RASA был значительно модернизирован. С начала 2016 года по середину 2017 года телескоп проекта GPX затратил примерно 750 часов наблюдений (каждое поле 2х2 угловых градусов наблюдается по 250 часов). Анализ новых данных позволил найти несколько новых планетных кандидатов. Большим преимуществом проекта является “зоркость“ телескопов по сравнению с другими проектам, которые используют телескопы меньшей апертуры. Если у уральского телескопа МАСТЕР и телескопа RASA размер пикселя около 2 угловых секунд, то в проектах HAT, WASP, KELT и XO между 14 и 23 угловыми секундами, а у нового проекта NGTS в Чили 5 угловых секунд. Не лучше ситуация и у поисковых космических телескопов. У “Кеплера“ и TESS этот показатель составляет 4 и 21 угловых секунд соответственно.

    Не остаётся без внимания у российских астрономов и тема поисков неизвестных планет в Солнечной Системе. В прошлом году встречался интересный доклад по уточнению динамической массы пояса Койпера. В этом докладе отмечалось, что теоретически девятая планета должна вызывать возмущения известных орбит планет Солнечной Системы сравнимые с возмущениями от пояса Койпера:



    С другой стороны среди российских астрономов уже ведутся попытки определить координаты девятой планеты на основе возмущений орбит известных объектов Солнечной Системы. Ещё в 2016 году среди докладов американской конференции появился доклад российских теоретиков о попытках обнаружения девятой планеты с помощью анализа возмущений траекторий долгопериодических комет. В докладе говорится, что для анализа из списка 768 параболических кометы были взяты пять комет с наиболее гиперболическими орбитами для минимизации возмущений от объектов внутренней части Солнечной Системы.

    Недавно эта работа была названа главным результатом Института прикладной астрономии Российской академии наук за 2017 год:



   Сравнение цифр из обоих источников показывает, что авторы оставили свои оценки возможного положения девятой планеты неизменными. Можно отметить на звездной карте эти районы:



    Прогноз положения девятой планеты в случае прямого движения заключен в синий прямоугольник, прогноз положения в случае обратного (ретроградного) движения заключен в желтый прямоугольник.

    Прогнозируемое положение девятой планеты российских астрономов хорошо совпадает с прогнозами зарубежных коллег, которые использовали для этого другие методы (моделирование орбит экстремально далеких ТНО на стабильность, возмущения траектории зонда “Кассини” или орбит известных ТНО). Так группа Майкла Брауна и Константина Батыгина сконцентрировалась на поисках в созвездии Ориона, группа Шепарда ведет поиск в северной части созвездия Эридана, а участники космологического проекта DES пытались найти девятую планету в созвездие Кита. Тот факт, что зарубежные астрономы не пытались использовать анализ орбит комет можно объяснить сложностью учета негравитационных возмущений орбит комет под действием испарения летучих веществ с их поверхности.

    Теоретически российские астрономы могут попытаться обнаружить девятую планету собственными силами, не дожидаясь ввода в строй крупнейшего обзорного телескопа LSST. Так недавно в Саянской обсерватории начал работу 1.6-метровый телескоп с полем зрения в 3 квадратных градусов. Кроме того началась работа по заполнению ПЗС-матрицами огромного поля зрения (16 квадратных градусов) метрового телескопа системы Шмидта Бюраканской обсерватории в Армении. В дополнение поиск девятой планеты называется одной из главных задач будущего российского субмиллиметрового космического телескопа “Миллиметрон”:


Tags: Россия, ТНО, близкие звезды, девятая планета, спектрограф, экзопланеты
Subscribe
promo za_neptunie июль 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 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.
  • 6 comments