Схематичное изображение ближайших звезд и экзопланет в одном из докладов конференции Exoplanets II

   За последние недели появилось несколько интересных сообщений на тему поисков ближайших планетных систем, о которых стоит рассказать (за исключением возможного открытия восьмой планеты в системе TRAPPIST-1, о котором шла речь в прошлой заметке).

    Интересные сообщения можно разделить на две категории: новые открытия и подтверждение интересных экзопланет, а также сообщения о реализации крупных проектов по поиску планет у близких звезд.

   Сначала в июне появились сообщения об обнаружении второй (нетранзитной) планеты в системе Глизе 1132. В этой же работе сообщается о другом планетном кандидате (возможной третьей планеты системы). Транзитная конфигурация второй планеты исключена 4-суточными наблюдениями космического телескопа “Спитцер”. Позже в июле, на конференции Exoplanets II было сообщено об обнаружении второй транзитной планеты в системе LHS-1140:






   Как видно из слайдов выше, транзиты новой планеты с периодом обращения в 3.8 суток обнаружены как в фотометрии наземных телескопов, так и в данных космического инфракрасного телескопа “Спитцер”. Одновременно сигнал новой планеты найден и в новых данных спектрографа HARSP (с помощью метода лучевых скоростей). Всего через несколько суток было опубликовано независимое обнаружение второй планеты через анализ общедоступных (опубликованных) измерений спектрографа HARPS. Кроме того в новой работе сообщается о сигнале третьей планеты с периодом в 92 суток. Ещё одна свежая публикация рассказывает об уточнении массы и средней плотности транзитной суперземли 55 Рака e.

   Множество сообщений последних месяцев касаются и близких планетных систем с нетранзитными планетами. В частности другой доклад конференции Exoplanets II сообщает о подтверждении планеты Проксима b в ходе новых наблюдений проекта Red Dots в 2017 году:





   Кроме того в июле было опубликовано важное исследование по независимому определению массы звезды этой системы с помощью наблюдений телескопов “Хаббл” (камера WFC3) и VLT (камера SPHERE) заранее спрогнозированного события гравитационного микролинзирования. В итоге минимальная масса планеты Проксима b может быть несколько больше первоначальных оценок.

    Другие работы сообщают о подтверждении наличия планет в системах Эпсилон Индейца и 40 Эридана. Для системы Эпсилон Индейца было опубликовано исследование, касающееся определения массы двух коричневых карликов системы. Их измеренная масса оказалась значительно больше, чем прогнозировали теоретические оценки, сделанные на основе наблюдаемых спектров объектов.

   Недавно появились сообщения об открытии ещё одной близкой планетной системы с внешней парой коричневых карликов. Среди внеплановых программ этого лета Южной европейской обсерватории (ESO) встречается программа по подтверждению пары коричневых карликов в системе красного карлика GJ 3634 с известной экзопланетой. Расстояние до этой системы соответствует 20 парсекам. В 2011 году для этой системы было опубликовано открытие суперземли. Вероятно, в программе ESO сообщается о той же паре объектов, которые были независимо обнаружены их американскими коллегами с помощью телескопа Кек:




    Ранее о наличии в системе внешних массивных объектов говорил линейный тренд измерений лучевой скорости звезды. В том же исследовании приводится большой список систем с известными суперземлями, у которых так же наблюдается линейный тренд:



   Как видно из таблицы линейный тренд наблюдается во множестве известных близких систем, таких как Проксима Центавра и 61 Девы. Широкая встречаемость линейных трендов предполагает, что планеты с массой в 1-20 масс Юпитера с большими полуосями орбит в 1-20 а.е. встречаются у 32-46% звезд. Эта оценка лежит между прошлыми оценками встречаемости внешних юпитеров на основе метода лучевых скоростей и оценкой, сделанной на основе обнаружения одиночных транзитов в фотометрии первичной миссии космического телескопа “Кеплер” у звезд солнечного типа.

    Наименее изученными близкими системами остаются ультрахолодные красные карлики с массой между 0.3 и 0.1 массами Солнца. В описании доклада David Charbonneau на конференции Exoplanets II  сообщается о том, что в радиусе 15 парсек сейчас известно 456 таких звезд. У 30% этих звезд отсутствуют спектры, а у других 40% в наличии имеются лишь спектры низкого разрешения. Тем самым только для 30% ультрахолодных карликов в радиусе 15 парсек получены спектры высокого разрешения. В связи с этим группа David Charbonneau начала программу по получению спектров высокого разрешения для всех малоизученных ультрахолодных карликов. На южном небе в этой программе участвует спектрограф CHIRON (1.5-метровый телескоп SMARTS обсерватории CTIO), на северном небе спектрограф TRES (1.5-метровый телескоп обсерватории на горе Хопкинс в Аризоне). Эти спектрографы получают спектры объектов по нескольку раз, что позволяет проверить их двойственность. В результате этого в ходе программы найдено 8 новых спектроскопически двойных систем. Одновременно фотометрические наблюдения проекта MEarth уточняют периоды вращения этих объектов. В слайдах доклада сообщается, что наблюдения телескопа Гайя позволили обнаружить 68 новых близких ультрахолодных карликов:





    В том же докладе сообщается, что основной целью новой программы стал тот факт, что транзитные планеты у небольших звезд являются идеальной целью для поисков биомаркеров с помощью будущего телескопа JWST:





   По этой же причине активизируются и поиски транзитных планет у ещё меньших небесных объектов – коричневых карликов. В одной из программ 14 цикла космического телескопа “Спитцер” предлагается провести поиск транзитных планет у 15 ярчайших ультрахолодных карликов (спектральные типы позже М7). Для этого каждый из объектов предлагается пронаблюдать в течение 3 суток (общие затраты на программу 1075 часов). Для увеличения шансов на успех для программы были отобраны объекты, у которых ось вращения перпендикулярна направлению на Землю. В программе отмечается, что к настоящему времени из 150 известных планетных систем у красных карликов только одна находится у ультрахолодного карлика со спектральным типом позже М7 (TRAPPIST-1). В связи с этим любая находка новой программы станет избранной целью для будущих наблюдений JWST.

   Другая программа 14 цикла телескопа “Спитцер” посвящена поискам внешних массивных планет у ближайших систем (ближе 8 парсек). Большинство нынешних поисков внешних массивных планет сосредоточено у молодых звезд. В связи с этим в 11 цикле телескопа “Спитцер“ было решено провести подобный поиск у всех известных звезд и коричневых карликов в радиусе 8 парсек (всего 196 объектов). Компаньоны искались на удалении между 150 и 1500 а.е.. В 11 цикле в две эпохи удалось пронаблюдать только 56 выбранных объектов. Поэтому в 14 цикле планируется выполнить наблюдения других 80 объектов в течение 40.5 часов наблюдательного времени. Ожидается, что новые наблюдения могут обнаружить примерно 5 массивных планет холоднее 300 Кельвинов и массой до 8 масс Юпитера. Для сравнения самой холодной из обнаруженных на сегодня экзопланет является WD 0806-661B (расстояние 19 парсек, удаление от своей звезды в 2500 а.е., температура поверхности 300-345 Кельвинов).
Ранее планировалось, что телескоп “Спитцер“ будет осуществлять свои наблюдения в 14 цикле до ноября 2019 года. Это время было выбрано в связи с началом работы будущего инфракрасного телескопа JWST. Однако недавно стало известно, что запуск JWST будет отложен как минимум до 2021 года, аппроксимация сроков переносов говорит даже о 2026 годе:



    В связи с этим очевидно, что работа “Спитцера” будет продлена ещё на несколько лет (сейчас поддержание работоспособности космического телескопа обходится в 8 миллионов долларов в год). “Спитцер” является крайне полезным инструментом, как для подтверждения новых близких коричневых карликов, так и поисков транзитных планет у них.
Недавно блог проекта Backyard worlds сообщает о продолжение успешных поисков близких коричневых карликов. К 11 июля проект подтвердил 42 коричневых карликов, и нашел ещё до 879 кандидатов в них. Отмечается высокая доля настоящих коричневых карликов среди кандидатов: из 8 проверенных кандидатов на спектрографе IRTF 6 оказались настоящими коричневыми карликами (два других это поздние красные карлики). Из 42 подтвержденных коричневых карликов 10 являются спектрального типа T, а остальные 32 спектрального типа L. Оценивается, что из подтвержденных коричневых карликов 14 находятся ближе 20 парсек, а 4 ближе 15 парсек. Между тем появились сообщения о том, что работа телескопа WISE, который является основным поставщиком снимков для проекта Backyard worlds, была продлена до декабря 2018 года.

   Кроме того в недавней публикации сообщалось о планировании поиска ещё более удаленных объектов y 8-парсековой выборки в ходе продленной миссии телескопа “Спитцер”. В ходе этой программы ожидается осуществить фотографирование окрестностей (в радиусе 0.1 парсек) всех A, F, G, K звезд и белых карликов ближе 8 парсек (их общее число равно 52). У подобных массивных объектов радиус сферы Хилла составляет около 20 тысяч а.е. или около 0.1 парсек. Такой обзор потребует 700 часов наблюдений (по 350 часов на каждую серию фотографирования для поиска смещения близких объектов на фоне далеких звезд и галактик). Обзор будет обладать способностью зарегистрировать самый холодный известный коричневый карлик WISE 0855-0714 (видимая яркость на втором фильтре Спитцера (длина волны 4.5 микрон) 17.1 звездных величин) на статистическом уровне достоверности в SNR=30. Для подобного обзора будет достаточно 30-секундных экспозиций. Новый обзор сможет обнаружить объекты (с хорошо известным возрастом и расстоянием), которые занимают промежуточное положение между Юпитером (температура 124 Кельвинов) и самым холодным известным коричневым карликом WISE 0855-0714 (температура 250 Кельвинов).

На схеме ниже показаны окрестности белого карлика WD 0806-661. Красным цветом выделена область, которая покрыта снимками Спитцера, а черный круг обозначает область сферы Хилла:

  С другой стороны более крупный космический телескоп “Хаббл” может осуществлять фотографирование ещё более тусклых и маломассивных объектов у ближайших систем. В недавней работе сообщается о неудачной попытке обнаружения с помощью HST тесных компаньонов у 12 коричневых карликов спектральных классов между Т8 иY0 (расстояние от Земли между 7 и 26 парсек). Наблюдения позволяли обнаружить массивные планеты на удалении в 10-1000 а.е. от объектов:



  Желтая звезда на схеме означает вероятную двойную систему коричневого карлика W0146+4234, обнаруженного в другом исследовании. Объединение результатов других наблюдений HST ещё для 4 подобных коричневых карликов из работы Aberasturi et al (2014) позволяют определить крайнюю редкость двойных коричневых карликов по сравнению со звездами:




   Активизируются поиски планет у близких систем и с помощью метода лучевых скоростей. Как известно в рамках проекта Pale Red dots планируется провести поиск всех землеподобных планет в радиусе 5 парсек. В 2016 году основной целью программы стало подтверждение потенциально обитаемой планеты в системе Проксима Центавра. В 2017 году кроме продолжения выполнения этой задачи (наряду с подтверждением второй планеты в системе) был проведен поиск планет в системах Летящая Барнарда и Росс 154. В нынешнем году для программы были выбраны три новых цели:



   У последней звезды на этой схеме с помощью прошлых наблюдений заподозрены от 3 до 4 планет.

   Стремительный прогресс развития проектов поиска планет у ближайших звезд привел к тому, что большинство ближайших экзопланет были открыты в последние несколько лет. Из 50-52 ближайших систем к Земле, которые находятся в радиусе 5 парсек, сейчас планеты известны примерно у трети систем (16-17 систем с планетами):



   Ожидается, что большое количество близких планет будет открыто с помощью космического телескопа TESS. По последним сообщениям телескоп начал научные наблюдения 25 июля. Это на 5-6 недель позже, чем изначально было запланировано (вероятно, у телескопа наблюдались существенные проблемы с калибровкой). Теоретические моделирования показывают, что ближайшие транзитные планеты, которые будут найдены телескопом TESS, окажутся значительно ближе, чем ближайшая система с известными сегодня транзитными планетами (HD 219134) – к примеру, будет находиться у оранжевого карлика GJ 380 (4.9 парсек) и красного карлика Lalande 21185 (2.5 парсек):


   Параллельно реализуются проекты наземных телескопов по поиску транзитных планет у ближайших красных карликов. Проект SPECLOUS проверит примерно 1200 ультрахолодных коричневых карликов на южном и северном небе. Проект ExTrA (Exoplanets in Transits and their Atmospheres) поищет транзитные планеты у 800 южных красных карликов. Проект МEarth осуществляет поиск транзитных планет у 2 тысяч северных поздних красных карликов и тысячи южных поздних красных карликов. Вышеперечисленные проекты используют телескопы с апертурой от 40 до 100 сантиметров.

https://za-neptunie.livejournal.com/324825.html