Огромная «суперземля» с экстремальным климатом, в результате которого лишь часть ее орбиты пригодна для жизни, была обнаружена на орбите звезды, находящейся на расстоянии 2 472 световых лет от нас. И что самое удивительное, она была обнаружена без непосредственного наблюдения.
Открытие экзопланеты, суперземли под названием Kepler-735c, произошло благодаря так называемым транзитным вариациям времени, или TTV.
Давайте разберем ситуацию. Один из основных способов обнаружения экзопланет — это наблюдение за тем, когда они проходят транзитом, или проезжают перед своей звездой. При этом они блокируют небольшую часть света звезды, и по размеру этого провала в яркости звезды мы можем определить, насколько велика транзитная планета. Именно таким образом самый успешный на сегодняшний день охотник за экзопланетами, космический телескоп НАСА «Кеплер», обнаружил более 3300 подтвержденных экзопланет и еще тысячи кандидатов.
Как вариации времени транзитов выявили существование скрытой планеты Kepler-725c. (Фото: GU Shenghong.)
Однако у обнаружения экзопланет с помощью транзитов есть и минусы. Один из них заключается в том, что этот метод предрасположен к планетам на коротких орбитах вблизи своей звезды, а значит, они чаще проходят транзитом и их легче увидеть. Кроме того, транзиты требуют точного совмещения плоскости орбиты планетарной системы с нашей линией зрения. Даже небольшой наклон может означать, что мы не сможем увидеть транзиты планет на более широких орбитах.
Однако эти невидимые планеты на более широких орбитах все же могут дать о себе знать в виде TTV. Обычно транзиты происходят регулярно, как часы, но в некоторых случаях астрономы заметили, что транзит планеты может задерживаться или происходить с опережением графика, и причиной этого является гравитация других планет, притягивающих транзитный мир.
Иногда мы можем наблюдать транзиты и других планет — отличным примером является семипланетная система TRAPPIST-1. Часто, однако, мы не можем увидеть планету, вызывающую колебания, но размер и частота TTV могут рассказать нам об орбитальном периоде и массе этих скрытых миров.
Иллюстрация, показывающая примерное сравнение размеров Земли, суперземли и газового гиганта размером с Нептун. (Фото: Robert Lea (created with Canva)).
Одной из таких планет, у которой были обнаружены ТТВ, является Kepler-725b. Это газовая планета-гигант, вращающаяся вокруг желтой звезды, похожей на Солнце, которая была обнаружена ныне не существующим космическим аппаратом «Кеплер».
«Проанализировав сигналы TTV газовой планеты-гиганта Kepler-725b с периодом 39,64 дня в той же системе, команда успешно определила массу и орбитальные параметры скрытой планеты Kepler-725c», — говорится в заявлении Сунь Лейлея из Юньнаньской обсерватории Китайской академии наук. Сунь является ведущим автором нового исследования, раскрывающего существование этого скрытого мира.
Масса Kepler-725c весьма значительна — в 10 раз больше массы Земли. Это относит ее к верхнему эшелону типов планет, называемых суперземлями — гигантскими, вероятно, скалистыми мирами. У нас нет примера суперземли в нашей Солнечной системе, поэтому мы не знаем, какими бывают такие планеты. Ученые-планетологи все еще работают над теоретическими моделями, которые пытаются описать свойства суперземель. Будут ли они окутаны плотной атмосферой? Смогли бы они поддерживать тектонику плит? Как повлияла бы их более высокая поверхностная гравитация на эволюцию жизни? Окончательные ответы на эти вопросы пока не получены.
Между тем, орбита планеты, мягко говоря, необычна. Она сильно эллиптична, ее эксцентриситет составляет 0,44. Для сравнения, орбита Земли имеет эксцентриситет 0,0167 и поэтому близка к круговой; с другой стороны, при эксцентриситете 1 орбита была бы параболической. Орбита Kepler-7825c имеет овальную форму, что означает, что в некоторых точках орбиты она находится гораздо ближе к своей звезде, чем в другое время. Хотя в целом Кеплер-725c получает от своей звезды в 1,4 раза больше тепла, чем Земля от Солнца, это лишь среднее значение на протяжении его орбиты, а в отдельные моменты он получает меньше.
Если у Kepler-725c есть атмосфера, то разница в солнечном нагреве в разные периоды ее орбиты может привести к разрушению климата. На самом деле высокий эксцентриситет орбиты означает, что экзопланета проводит только часть своей орбиты в обитаемой зоне — круговой зоне вокруг звезды на расстоянии, где температура подходит для существования жидкой воды на поверхности планеты.
Значит ли это, что Kepler-725c пригодна для жизни только часть своего 207,5-земного года? Что произойдет с любой жизнью, которая может существовать на планете в те периоды, когда она находится за пределами обитаемой зоны? Опять же, это теоретические проблемы, над которыми бились ученые, но теперь существование Kepler-725c внезапно делает их вполне реальными. Однако, поскольку мы не видим транзита Kepler-725c, мы не сможем исследовать ее атмосферу с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который использует солнечный свет, отфильтрованный через атмосферу планеты, чтобы сделать выводы о свойствах и составе этой атмосферы.
К счастью, таких миров для изучения может быть больше. Ожидается, что когда в 2026 году Европейское космическое агентство запустит космический аппарат PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars), который станет нашей самой чувствительной миссией по обнаружению экзопланет, он сможет найти еще много миров с помощью TTV. И, в отличие от измерений радиальной скорости и транзитов, которые, как правило, направлены на поиск короткопериодических экзопланет, TTV открывают окно к планетам на более широких орбитах, транзиты которых не наблюдаются.
«[Открытие Kepler-725c] демонстрирует потенциал метода TTV для обнаружения маломассивных планет в пригодных для жизни зонах солнцеподобных звезд», — говорит Сун.
Таким образом, метод TTV будет способствовать дальнейшему поиску жизни во Вселенной, хотя бы потому, что даст больше статистических данных о количестве планет в пригодных для жизни зонах».
Об открытии Kepler-725c было сообщено 3 июня в журнале Nature Astronomy.
