Специалисты из Университета штата Пенсильвания и Университета Осаки обнаружили новую планету в необычной системе Kepler-51, известной своими тремя сверхнизкоплотными «суперпухлыми» планетами. Учёные собирались исследовать третью планету, Kepler-51d, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Однако, они столкнулись с неожиданностью: планета пересекла диск своей звезды на два часа раньше, чем предсказывали модели.
Детальный анализ новых и архивных данных, полученных различными телескопами, привел исследователей к выводу, что наиболее вероятным объяснением является наличие четвёртой планеты, которая гравитационным образом влияет на орбиты остальных тел. Результаты исследования представлены в The Astronomical Journal.
«Сверхпухлые планеты уникальны, поскольку обладают низкой массой и плотностью. Три ранее изученные планеты Kepler-51 по размеру сходны с Сатурном, но превосходят Землю в массе лишь в несколько раз, достигая плотности, подобной сахарной вате. Мы предполагаем, что у них крошечные ядра и массивные атмосферы из водорода и гелия, но процесс их формирования и причины сохранения атмосферы в условиях интенсивного излучения их звезды всё ещё остаются загадкой», — пояснила Джессика Либби-Робертс, научный сотрудник Центра экзопланет в Университете штата Пенсильвания и соавтор статьи.
Исследователи пользовались методом вариаций времени транзита для дополнительного изучения новых планет. При прохождении планеты перед звездой её свет частично блокируется, что вызывает изменение яркости. Эти изменения позволяют делать выводы о размере и других характеристиках планеты. Возникновение или задержка транзита на несколько минут объясняется гравитационным влиянием других планет системы. Такие отклонения встроены в астрономические модели для уточнения прогнозов.
Модель с тремя планетами эффективно предсказывала транзиты в системе Kepler-51. Так, в мае 2023 года модель точно предугадала транзит Kepler-51b. Однако неожиданный результат был получен при транзите Kepler-51d в 2022 году: планета осуществила транзит раньше предполагаемого времени, что не поддавалось объяснению настройками трёхпланетной модели.
«Неожиданное раннее появление Kepler-51d стало для нас причиной серьёзной головоломки, и только добавление четвёртой планеты смогло объяснить такое расхождение. Это первая планета, выявленная вариациями транзитного времени, используя JWST», — отметил Кенто Масуда, профессор Университета Осаки и соавтор статьи.
Учёные применили данные телескопа обсерватории Apache Point (APO), JWST и пересмотрели информацию с предыдущих транзитов от космических телескопов Kepler и TESS. Были также проведены дополнительные наблюдения с помощью телескопов обсерватории Хаббла и Телескопа Паломар Калифорнийского технологического института, наряду с архивными наземными данными.
Поскольку транзит четвёртой планеты Kepler-51e пока не был зафиксирован, исследователи использовали метод «грубой силы», тестируя различные комбинации свойств планет, чтобы согласовать инструменты четырёхпланетной модели с собранными данными. Было установлено, что сигнал соответствует, если Kepler-51e имеет массу, близкую другим планетам системы, и движется по почти круговой орбите с периодом около 264 дней.
Добавление четвёртой планеты и корректировка, связанная с её учётом, изменили предполагаемые массы других планет, воздействуя на их предполагаемые свойства и теории их формирования. При этом три внутренние планеты остались классифицированными как «суперпухлые». Хотя Kepler-51e пока остаётся загадкой из-за отсутствия данных о её транзите, и, следовательно, информация о её радиусе и плотности.
«Подобные планеты крайне редки и, как правило, не образуют системы. Мы должны объяснить четвертую планету, и не исключена возможность обнаружения дополнительных тел», — отметила Либби-Робертс.
Поскольку период обращения Kepler-51e, вероятно, составляет 264 дня, исследователи подчёркивают необходимость дальнейших наблюдений для понимания её гравитационного воздействия на три существующие планеты, а также возможность обнаружения более удалённых планет, которые могут оказаться потенциальными кандидатами на обитание жизни.
Учёные продолжают изучение данных JWST, чтобы исследовать атмосферные характеристики Kepler-51d; это позволит понять состав и другие особенности трёх внутренних планет и продвинуться в разгадке их странного происхождения.
Источник: iXBT
