Космический корабль НАСА «Кеплер» обнаружил большинство известных нам подтвержденных экзопланет. Но его преемник, TESS (Транзитный спутник для исследования экзопланет), уже догоняет его. Новое исследование объявляет об одобрении еще восьми кандидатов TESS, и все они являются Суперземлями.
Миссия по поиску планет TESS преследует более сложную цель, чем ее предшественник, Kepler. TESS был специально создан для обнаружения экзопланет, проходящих перед яркими звездами в окрестностях Земли. Было обнаружено около 400 подтвержденных экзопланет, но существует список экзопланет, ожидающих подтверждения, который содержит почти 6000 кандидатов. Есть только два способа подтвердить наличие всех этих ожидающих экзопланет: дальнейшие наблюдения и статистические методы.
Все эти неподтвержденные кандидаты представляют собой данные. Они прячутся в данных TESS, ожидая, пока умные учёные проверят их. Дальнейшие наблюдения могут помочь раскрыть их, но не одни.
Проект «Проверка транзитных экзопланет с использованием статистических инструментов» (VaTEST) использует статистические инструменты и машинное обучение для анализа всех данных TESS в поисках неуловимых экзопланет. В проекте VaTEST ученые могут не только подтверждать существование планет, устраняя ложные срабатывания; они также способны охарактеризовать атмосферу экзопланеты, пригодную для дальнейшего изучения.
Ложные срабатывания — постоянная проблема в науке об экзопланетах. Если задуматься, легко понять, почему. TESS ищет крошечные провалы в звездном свете вокруг далеких звезд, вызванные прохождением экзопланеты перед звездами. Одной вспышки недостаточно; нам нужно несколько, и у них должен быть ритм. Но ложное впечатление о транзитной планете могут создавать и другие вещи, например, затмение двойных звезд. Даже естественная изменчивость звезды может искажать сигналы.
Итак, TESS собрал огромное количество данных, которые необходимо обработать, отделив ложные срабатывания от реальных сигналов, и именно это и делает VaTEST. В новом исследовании команда ученых подтвердила еще восемь Суперземель.
«Мы подтвердили существование восьми потенциальных суперземель, используя комбинацию данных наземных телескопов, изображений с высоким разрешением и инструмента статистической проверки, известного как TRICERATOPS», — пишут авторы.
| Планета | Земные массы | Радиус Земли |
| ТОИ-238б | 3.6 | 1,6 |
| ТОИ-771б | 2,8 | 1,4 |
| ТОИ-871б | 3,8 | 1,6 |
| ТОИ-1467б | 4.4 | 1,8 |
| ТОИ-1739б | 4 | 1,7 |
| ТОИ-2068b | 4.4 | 1,8 |
| ТОИ-4559б | 2,7 | 1,4 |
| ТОИ5799b | 3.7 | 1,6 |
Они не только нашли еще восемь суперземель, но и определили шесть из них, которые являются отличными кандидатами для дополнительного изучения. «Среди всех этих подтвержденных планет шесть попадают в область, известную как «краеугольные планеты», что делает их особенно интересными для изучения», — объясняют они.
Краеугольная планета — это идея, берущая свои корни в биологии. В биологии ключевым видом является тот, который определяет всю экосистему. Отличным примером являются кораллы на коралловых рифах. Коралловые рифы представляют собой особую экосистему, основанную на кораллах.
В науке об экзопланетах ключевая планета — это планета, которая помогает объяснить общую численность населения экзопланет. В частности, это помогает объяснить разницу в радиусах, которую мы наблюдаем в популяциях экзопланет. Существует нехватка планет между 1,5 и 2 радиусами Земли. Вероятно, это вызвано потерей массы при фотоиспарении. Мощное излучение звезды, особенно рентгеновское и УФ-излучение (XUV), может со временем разрушить атмосферу планеты, что может привести к дефициту планет с радиусом от 1,5 до 2 земных.
«Примечательно, что планеты в исследуемом здесь диапазоне размеров отсутствуют в нашей Солнечной системе, что делает их исследование решающим для понимания стадий эволюции между Землей и Нептуном», — объясняют авторы. «Эти краеугольные планеты играют ключевую роль в продвижении нашего понимания феномена радиусной долины вокруг звезд малой массы».
Есть еще одна концепция, связанная с суперземлями и разрывом в радиусе, и она фокусируется на том, почему некоторые планеты теряют свою атмосферу и опускаются ниже разрыва, а другие этого не делают. Это называется «космической береговой линией», и это статистическая тенденция, которая связывает экзопланеты вместе.
Космическая береговая линия — это разделительная линия между планетами, сохранившими свои атмосферы, и планетами, потерявшими их из-за КСУФ-излучения своих звезд.
«В этом исследовании мы проверяем восемь экзопланет с помощью TESS, наземной транзитной фотометрии, изображений с высоким разрешением и инструмента статистической проверки», — объясняют авторы. Исследователи говорят, что для лучшего понимания необходимы более точные измерения массы и что для трех планет такие более точные измерения могут быть достижимы.
Мало того, что некоторые из этих планет находятся в радиусе разрыва, две из них пригодны для дальнейшего изучения атмосферы с помощью JWST и его мощных инструментов. «Мы также обнаружили, что две из наших проверенных планет, TOI-771b и TOI-4559b, пригодны для трансмиссионной спектроскопии с использованием JWST», — пишут авторы. Когда JWST проектировался и строился, ученые надеялись, что он сможет исследовать атмосферы Суперземель. В нашей Солнечной системе нет ни одного из этих миров, поэтому расшифровка их атмосфер может помочь нам понять, какое место суперземли занимают в популяции экзопланет, как они развиваются и как они связаны с разницей в радиусах и космической береговой линией.
Команда смоделировала атмосферы восьми суперземель, а также то, что JWST, вероятно, увидит, когда исследует атмосферы. Результаты интригуют: в них обнаружены признаки углекислого газа, воды и, что самое интригующее, метана. Метан может быть биосигнатурой, хотя здесь много неопределенностей. Обнаружение его в атмосфере любой экзопланеты поможет ученым более полно понять его присутствие, независимо от того, является ли это реальной биосигнатурой или нет.
«Однако для подтверждения нашего анализа спектров пропускания необходимы реальные наблюдения проверенных планет с использованием JWST», — заключают исследователи.