Астрономы подтвердили пять новых экзопланет и изучают их способность удерживать атмосферу

Международная группа астрономов сообщила о подтверждении пяти новых планет за пределами Солнечной системы, открытых первоначально с помощью космического телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Новые миры находятся в четырёх различных системах вокруг звёзд-красных карликов, и их физические параметры делают их особенно интересными для изучения атмосферных процессов и эволюции планетных оболочек.

Как шёл процесс открытия

TESS фиксирует изменения яркости звёзд, когда планеты проходят перед своим светилом — так называемые транзиты. Такие сигналы являются первичными кандидатами на экзопланеты. Однако для подтверждения необходимости дополнительной информации требуются наблюдения с земли или других телескопов. В случае этих пяти планет учёные использовали данные как минимум девяти телескопов, включая знаменитые обсерватории Keck II и Hale Telescope.

После тщательного анализа астрономы подтвердили существование всех пяти планет. В четырёх из четырёх систем, где они вращаются, одна система содержит две планеты в орбитальном резонансе — положение, при котором орбитальные периоды двух планет находятся в соотношении простых чисел, что может влиять на их динамику.

Основные характеристики новых миров

Новые планеты варьируются по размеру:

• четыре из них являются «Суперземлями» — массивнее и крупнее Земли, но ощутимо меньше газовых гигантов, с радиусами от 1,28 до 1,56 радиуса Земли;
• одна планета — TOI-5716b практически такого же размера, как Земля.

Все пять экзопланет находятся в близких орбитальных системах вокруг красных карликов — звёзд меньшей массы и температуры, чем Солнце. Эти звёзды являются одними из самых распространённых в галактике, что делает подобные находки особенно значимыми для статистики и теории планетообразования.

Орбитальные периоды и условия на планетах

Периоды обращения новых экзопланет вокруг своих звёзд варьируются от примерно 0,6 до 11,5 земных суток. Это означает, что все они движутся очень близко к своим родительским звёздам. Такие короткие периоды обращения характерны для планет, обнаруживаемых на текущем этапе развития методов поиска, поскольку они чаще создают чёткие сигналы транзита для телескопов, работающих ограниченное наблюдательное время.

«Борьба» за атмосферу: роль излучения и гравитации

Одной из ключевых тем для учёных является удержание атмосферы экзопланетами в условиях жёсткого воздействия излучения их красных карликов. M-звёзды известны не только низкой светимостью, которая облегчает регистрацию слабых атмосферных характеристик, но и высокой активностью — частыми мощными вспышками в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах. Такие вспышки способны «сдувать» атмосферу с планеты, особенно если она находится близко к своей звезде.

Чтобы оценить способность планеты удерживать свою атмосферу, астрономы применяют концепцию, известную как «космическая береговая линия» (cosmic shoreline). Эта модель сравнивает интенсивность звёздного излучения, получаемого планетой, и силу гравитации, которую она способна оказать на газовые молекулы. Если излучения слишком много по сравнению с гравитацией, атмосфера разрушается быстрее, чем может удерживаться. Если же притяжение достаточно велико, планета способна удерживать более плотный газовый слой.

Разделение по категориям и возможные атмосферы

Авторы исследования условно разделили пять планет на три группы:

1. Три планеты находятся «выше» космической береговой линии, то есть они, вероятно, лишены заметной атмосферы из-за сильного излучения и недостаточной гравитации.
2. Одна планета — TOI-5736b — занимает промежуточное положение. Она получает очень большое количество энергии от своей звезды, но её относительно большие размер и масса позволяют теоретически удерживать тяжёлую атмосферу при наличии подходящих химических условий.
3. Одна — TOI-5728b — выделяется как основной кандидат для последующих исследований. Несмотря на то, что она обращается вокруг активной M-звезды, совокупность её параметров указывает на возможность существования устойчивой атмосферы. Исключение объясняется балансом между энергией излучения и собственной гравитацией.

Почему это имеет значение

Обнаружение экзопланет с потенциальными атмосферными слоями является важным этапом в астрономии, поскольку атмосфера играет ключевую роль в климате, химии поверхности и возможности существования воды в жидком состоянии, что рассматривается как один из факторов, важных для зарождения комплексных химических процессов.

Планеты вокруг красных карликов, такие как TOI-5728b, представляют особый интерес, поскольку слабое излучение звезды облегчает дальнейшие попытки прямого измерения атмосферы с помощью спектроскопических наблюдений. Это особенно актуально для телескопа James Webb Space Telescope (JWST), который уже продемонстрировал способность выявлять и анализировать атмосферные компоненты у удалённых миров.

Ограничения и дальнейшие шаги исследований

Хотя существование всех пяти планет подтверждено, информация о составе атмосфер пока отсутствует. Решение этой задачи требует наблюдений с высоким разрешением, включая спектроскопию транзитов, которая позволит регистрировать следы газов, таких как водяной пар, метан или углекислый газ, в ходе прохождения света звезды через атмосферу планеты.

Планируются дальнейшие кампании наблюдений с привлечением наземных телескопов и космических обсерваторий, включая JWST и будущие миссии, призванные расширить каталоги экзопланет и их характеристик.

Итоги

Подтверждение пяти новых экзопланет вокруг красных карликов расширяет понимание разнообразия планетных систем в нашей галактике и подчёркивает значимость атмосферных исследований для оценки физических условий на этих мирах. Среди них TOI-5728b выделяется как наиболее перспективный кандидат для изучения атмосферы, что может стать важным шагом к выявлению общих закономерностей формирования и удержания газовых оболочек на скалистых планетах.

Источники:
Статья создана по материалам https://www.universetoday.com/articles/five-new-planets-and-the-battle-for-their-atmospheres