Отличнейший фильм (всего-то 19 мин) про историю и технологию поиска экзопланет с участием настоящих "звезд" этой области - Пола Батлера, Мишеля Майора и Билла Боруки!

Итоги первого года расширенной миссии «Кеплера» K2

За первые четыре наблюдательные кампании (с нулевой по третью) «Кеплер» измерил кривые блеска 59 174 звезд. Обнаружено 234 транзитных кандидата у 208 звезд. 26 кандидатов с радиусами от 1 до 4 радиусов Земли вращаются вокруг звезд ярче +12 звездной величины.

После выхода из строя в мае 2013 года второго маховика системы ориентации космический телескоп им. Кеплера больше не мог поддерживать свою ориентацию в пространстве с требуемой точностью. Наблюдения Поля Кеплера, которые телескоп почти непрерывно вел в течение четырех лет, пришлось прекратить. Однако в остальном космический аппарат оставался полностью работоспособным. В 2014 году инженеры миссии придумали, как использовать «Кеплер», имея в своем распоряжении только два исправных маховика. Теперь телескоп в течение 80-83 суток наблюдает определенную область неба вблизи эклиптики (этот период называется наблюдательной кампанией), а потом переходит к следующей области. Пока космический аппарат ориентирован параллельно солнечным лучам, дрейф его поля зрения минимален, а тот, что есть, можно устранить математической обработкой данных. В результате точность фотометрии при наблюдениях сравнительно ярких звезд упала не сильно (примерно в полтора раза), и «Кеплер» остался мощнейшим современным инструментом по поиску экзопланет транзитным методом.

Нулевая наблюдательная кампания началась 8 марта и закончилась 27 мая 2014 года, продлившись 80 земных суток. Она была больше тестовой, чем научной, к тому же фотометрия многих слабых звезд оказалась загрязнена светом Юпитера, который как раз в это время проходил по наблюдаемой площадке. Кроме того, нулевая наблюдательная площадка лежала в плоскости Млечного пути, что привело к высокой плотности слабых звезд и (из-за обилия далеких затменно-переменных двойных) к высокой доле ложных открытий. Расположение наблюдательных площадок и расписание наблюдательных кампаний можно посмотреть здесь:
http://keplerscience.arc.nasa.gov/k2-fields.html

Первая наблюдательная кампания продлилась с 30 мая по 21 августа 2014 года, вторая – с 23 августа по 13 ноября 2014 года, третья – с 14 ноября 2014 года по 3 февраля 2015 года. Через 3-4 месяца после окончания каждой кампании полученные фотометрические данные выкладывались в открытый доступ. В настоящее время «Кеплер» ведет наблюдения седьмой наблюдательной площадки, которые продлятся до 26 декабря 2015 года.

24 ноября в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, в которой подводились итоги первых четырех наблюдательных кампаний (с нулевой по третью). За указанный период «Кеплер» получил фотометрию 59 174 звезд. Проведя тщательный анализ, авторы статьи обнаружили 234 транзитных кандидата у 208 звезд. Отбирались кандидаты с глубиной транзита не более 5% и орбитальным периодом не более 40 суток. Полученные результаты авторы сравнили с данными основной миссии Кеплера.

Как и ожидалось, распределения транзитных кандидатов по радиусам и орбитальным периодам в миссии K2 примерно повторяют аналогичные распределения, полученные во время основной миссии. Количество транзитных кандидатов резко возрастает с уменьшением их размеров, однако в рамках K2 было обнаружено несколько больше крупных планет (относительно их общего количества) из-за уменьшения точности фотометрических замеров. Распределения кандидатов по орбитальным периодам также очень близки за исключением самых короткопериодических планет (P < 2.5 земных суток). В отличие от основной миссии, в рамках K2 было обнаружено много короткопериодических кандидатов. Возможно, это вызвано несовершенством автоматического алгоритма обработки кривых блеска звезд во время основной миссии – как показали авторы статьи, этот алгоритм становится менее эффективным для транзитных кандидатов с орбитальными периодами короче 2 суток.

[показать]
Гистограммы распределения транзитных кандидатов «Кеплера», обнаруженных за первые 4 месяца наблюдений в рамках основной миссии (показаны штриховкой), и в рамках миссии K2 (показаны желтым цветом). Верхняя гистограмма показывает распределение транзитных кандидатов по радиусам, средняя – по орбитальным периодам. Нижняя гистограмма показывает распределение целевых звезд по видимым звездным величинам.

26 кандидатов с радиусами от 1 до 4 радиусов Земли вращаются вокруг звезд ярче +12 звездной величины, их массы можно будет измерить методом измерения лучевых скоростей родительских звезд. 10 кандидатов с радиусами от 1.6 до 4 радиусов Земли (т.е., скорее всего, окруженных протяженной атмосферой) и глубиной транзита больше 0.1% вращаются вокруг звезд ярче +10 звездной величины в спектральной полосе K. Эти кандидаты станут отличной целью для будущих исследований свойств атмосфер методами трансмиссионной спектроскопии.

Многие транзитные кандидаты, представленные авторами статьи, уже были найдены независимыми научными группами, что подтверждает надежность полученных данных.

Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...dac9a95edf42cc369f7719f7017252
Источник: http://arxiv.org/pdf/1511.07820.pdf

Субсатурны

Наблюдения космического телескопа им Кеплера показали, что количество планет быстро растет с уменьшением их размеров. Так, только 4.5% GK-звезд имеет планеты с радиусами от 4 до 16 радиусов Земли, и уже 51% – с радиусами от 1 до 4 радиусов Земли. Внутри выборки больших планет эта тенденция также прослеживается: субсатурнов (планет с радиусами от 4 до 8 радиусов Земли) примерно в два раза больше, чем планет-гигантов (с радиусами 8-16 радиусов Земли): 2.9% против 1.6% в расчете на одну GK-звезду. Все приведенные цифры справедливы для планет с орбитальными периодами от 5 до 100 земных суток.

Однако большинство уже открытых экзопланет-гигантов – «юпитеры», а не субсатурны. Это объясняется сильным эффектом наблюдательной селекции: большинство таких планет открыто наземными транзитными обзорами, оптимизированными под поиск горячих юпитеров. Методом измерения лучевых скоростей также проще обнаруживать более массивные «юпитеры», нежели гораздо более легкие субсатурны. Поэтому планет с массами и радиусами, промежуточными между массами и радиусами Нептуна и Сатурна, известно сравнительно немного.

17 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья Эрика Петигуры (Erik A. Petigura) с коллегами, посвященная открытию двух транзитных субсатурнов у звезды EPIC 203771098. Планеты были открыты в рамках расширенной миссии «Кеплера» K2, их планетная природа была подтверждена методом измерения лучевых скоростей родительской звезды с помощью спектрографа HIRES.

Эти планеты занимают промежуточное положение между нептунами и газовыми гигантами не только по массе и размерам, но и по химическому составу.

[показать]
Планеты системы EPIC 203771098 на плоскости «радиус – средняя плотность» среди других транзитных экзопланет. Цветом показаны эффективные температуры планет.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...b40a097ae0ba2876b067ee9b1013c7
Источник: http://arxiv.org/pdf/1511.04497v1.pdf

Суперземли

Космический телескоп им. Кеплера за 4 года основной миссии обнаружил более 4 тысяч транзитных кандидатов в планеты, большинство из которых имеют радиусы от 1 до 2.7 радиусов Земли. Однако планет таких размеров в Солнечной системе нет, так что их состав и строение остаются загадкой. За прошедшие годы было проведено измерение массы и средней плотности целого ряда экзопланет, попадающих в диапазон радиусов 1-2.7 радиусов Земли. Как правило, планеты с радиусами 1-1.6 радиусов Земли являются планетами земного типа, т.е. имеют железокаменный состав, однако средняя плотность планет с радиусами, превышающими 1.6 радиусов Земли, начинает падать с ростом их размеров, что говорит о вхождении в их состав значительной доли летучих (как льдов, так и водорода и гелия). Поэтому изучение планет с размерами, промежуточными между размерами планет земного типа и нептунов, представляет особый интерес.

29 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная многопланетной системе Kepler-454. Эта система включает в себя транзитную планету с радиусом 2.37 ± 0.13 радиусов Земли (т.е. мини-нептун) и орбитальным периодом ~10.6 земных суток, не транзитный гигант с периодом около 524 земных суток, и третье небесное тело (скорее всего, коричневый карлик) на еще более широкой орбите.

[показать]
«Масса-радиус» транзитных экзопланет небольшой массы. Цветными сплошными линиями показаны теоретические зависимости радиуса от массы для (сверху вниз) чисто водных планет; планет, на 75% состоящих из водяного льда и на 25% – из силикатов; планет, поровну состоящих из льда и силикатов; чисто силикатных планет; планет, поровну состоящих из силикатов и железа; чисто железных.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...f6eafbac0b64cbccfa68d4e11aa80e
Источник: http://arxiv.org/pdf/1511.09097.pdf

Открытия экзопланет совершает не только Кеплер.

Наземный транзитный обзор KELT является наглядной иллюстрацией того, что искать внесолнечные планеты можно и самыми скромными средствами. Проект основан на наблюдениях с помощью небольшого (апертура всего 42 мм!) автоматического телескопа с очень широким полем зрения (23х23 градуса), расположенного в обсерватории Винера в Аризоне (США). KELT предназначен для поиска транзитных экзопланет у сравнительно ярких звезд. В рамках этого обзора уже открыто несколько транзитных горячих юпитеров.

2 октября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная открытию новой планеты KELT-4A b. Этот транзитный горячий юпитер был обнаружен у главного компонента иерархической тройной звездной системы. Тем самым KELT-4A b стала третьей транзитной планетой, открытой в тройной звездной системе (остальные две – WASP-12 b и HAT-8 b).
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...457d8e8fae65995f2748b00ec5af82
Источник: http://arxiv.org/abs/1510.00015

1 октября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья Джозефа Родригеса (Joseph E. Rodriguez) с коллегами, посвященная открытию еще двух транзитных экзопланет. Одна из них, KELT-14 b, оказалась независимо открытым транзитным горячим юпитером WASP-122 b, вторая – KELT-15 b – анонсируется впервые.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...a7eab179ca83c5c91d134c5fb53ac2
Источник: http://arxiv.org/pdf/1509.08953v1.pdf


Наземный транзитный обзор SuperWASP продолжает методично прочесывать небо в поисках новых горячих юпитеров. 19 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная открытию очередной планеты этого типа. На данный момент обзор SuperWASP является самым эффективным наземным обзором – количество обнаруженных им планет превысило сотню.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...824a81950612bad26ed35eee969016
Источник: http://arxiv.org/pdf/1511.05954.pdf


Транзитные горячие юпитеры можно обнаруживать самыми скромными средствами, поэтому в настоящее время во всем мире работает сразу несколько наземных транзитных обзоров, поставивших открытие подобных планет на поток. Одним из таких обзоров является т.н. «Южный HAT» (HATSouth). Являясь аналогом другого известного транзитного обзора (HATNet), но в южном полушарии, HATSouth основан на работе трех комплексов 18-сантиметровых автоматических телескопов, расположенных в Чили, в Намибии и в Австралии. Места установки телескопов разделены по долготе примерно на 120°, что очень удобно для почти непрерывных фотометрических наблюдений: когда над одной обсерваторией восходит солнце, эстафету подхватывает следующая обсерватория.

20 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная открытию обзором HATSouth еще двух планет HATS-15 b и HATS-16 b. Как и подавляющее большинство других экзопланет, открытых наземными транзитными обзорами, обе новые планеты являются горячими юпитерами.

[показать]
Транзитные экзопланеты с массами от 0.4 до 10 масс Юпитера на плоскости «орбитальный период – масса». Планеты показаны кружками, радиусы которых пропорциональны радиусам планет, цветом показана эффективная температура.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...fc47de9cb201bbfd6131aca627b351
Источник: http://arxiv.org/pdf/1511.06305.pdf


Микролинзирование

Сегодня открытие новой экзопланеты  — это довольно рядовое событие, которое не всегда попадает в новостные издания. Вот изучение атмосферы «внеземли» или обнаружение планеты, похожей на нашу, — это всё ещё интересно. Однако сегодня мы расскажем об открытии обыкновенной планеты, описанном в статье большой международной группы астрономов. Масса этой планеты чуть меньше Сатурна, знаем мы про неё довольно мало и в ближайшее время вряд ли узнаем намного больше. Интересна эта планета методом, которым её обнаружили: её заметили наземные телескопы, использующие предсказанное Эйнштейном в общей теории относительности отклонение света при прохождении вблизи массивных тел. Такая техника называется гравитационным микролинзированием.

[630x]
Результаты наблюдений, которые позволили обнаружить новую экзопланету. По вертикальной оси отложено, во сколько раз увеличился блеск фоновой звезды, по горизонтальной — время в днях. Серые и черные точки — данные MOA, красные точки — данные OGLE. Черная линия — теоретически предсказанная кривая для этого события. Видно, что, хотя точек не очень много, они хорошо согласуются с теоретическим предсказанием. Черной стрелкой указан момент пика, соответствующего новой экзопланете. Справа это место показано крупнее. Синий пунктир — кривая блеска в модели без экзопланеты.
Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/432603/Gravitatsi...ogla_otkryt_novuyu_ekzoplanetu
Источник: http://arxiv.org/abs/1510.01393


Большой орбитальный период

Большинство наземных транзитных обзоров волей-неволей оптимизировано под поиск горячих юпитеров. С одной стороны, замывающее влияние неспокойной земной атмосферы препятствует обнаружению небольших транзитных экзопланет. С другой – наблюдательная стратегия большинства наземных обзоров не позволяет открывать им планеты с орбитальными периодами длиннее 10 суток. Все это привело к тому, что из двух сотен экзопланет, обнаруженных к настоящему времени наземными транзитными обзорами, подавляющее большинство является горячими юпитерами.

Наземный транзитный обзор HATSouth, ведущий поиск планет на южном небе, построил свою наблюдательную стратегию так, чтобы по возможности расширить пространство параметров своих открытий. Каждая наблюдательная площадка мониторится на протяжении 4 месяцев, что позволяет обнаруживать и более долгопериодические планеты-гиганты. Также наблюдение звезд небольших размеров (оранжевых и красных карликов) позволяет находить планеты меньших размеров, чем обычные горячие юпитеры (субсатурны и крупные нептуны).

21 октября 2015 года в Архиве электронных препринтов появилась статья Р. Брама (R. Brahm) с коллегами, посвященная открытию транзитной экзопланеты HATS-17 b. Орбитальный период новой планеты составляет 16.25 земных суток – это абсолютный рекорд среди планет, открытых наземными транзитными обзорами. Известны только две планеты с еще большими орбитальными периодами – HD 17156 b (22.6 суток) и HD 80606 b (~115 суток), но они были открыты методом измерения лучевых скоростей, и лишь потом были обнаружены их транзиты по диску родительских звезд.

[показать]
Планета HATS-17 b на плоскости «масса – радиус» и «масса – средняя плотность» на фоне других транзитных экзопланет. Серыми кружками показаны горячие планеты, получающие от своей звезды больше 2•10^8 эрг/кв.см сек, оранжевыми кружками – относительно прохладные планеты, получающие меньше 2•10^8 эрг/кв.см сек.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...1c24fc3c5a816a3824ce45a3107037
Источник: http://arxiv.org/pdf/1510.05758.pdf

Красные карлики и аналог Венеры

Красные карлики – самый распространенный тип звезд в нашей Галактике, их примерно в 12 раз больше, чем звезд солнечного типа. К красным карликам относят звезды главной последовательности, чьи масса и радиус меньше 60% солнечных. Планетные системы красных карликов отличаются от планетных систем солнцеподобных звезд – они более компактны, в них реже встречаются планеты гиганты и чаще – планеты небольших масс (нептуны, суперземли и планеты земного типа). Данные, полученные космическим телескопом им. Кеплера, а также наземными RV-обзорами, говорят о том, что большинство маломассивных звезд имеет свои планетные системы (а может, и вообще все).

Искать планеты у красных карликов с одной стороны, легче, а с другой – труднее, чем у звезд солнечного типа. Основная трудность заключается в низком блеске этих звезд, также многие из них миллиарды лет сохраняют вспышечную активность. С другой стороны, малые размеры звездного диска красных карликов позволяют обнаруживать транзиты планет меньшего размера, а небольшая масса благоприятствует обнаружению маломассивных планет методом измерения лучевых скоростей. Все это делает близкие (а значит, сравнительно яркие) красные карлики очень привлекательной целью экзопланетных исследований.

Поиску планет у красных карликов полностью посвящен наземный транзитный обзор MEarth. Для обзора были отобраны М-звезды с радиусом менее 35% солнечного, удаленные от нас не более чем на 33 пк. MEarth имеет наблюдательные площадки в северном и южном полушарии для охвата всего неба, фотометрия снимается автоматическим комплексом из восьми 40-сантиметровых телескопов. Этим обзором был обнаружен также знаменитый транзитный мини-нептун (или океанида) GJ 1214 b.

Наблюдения звезды GJ 1132 начались 28 января 2014 года. У сравнительно близкого красного карлика обнаружена планета земного типа, которая может быть горячим аналогом Венеры.

[показать]
Планета GJ 1132 b на плоскости «масса – радиус» (слева) и «расстояние от Солнца – радиус» (справа) на фоне других транзитных экзопланет. Голубой линией показана модельная зависимость массы от радиуса для чисто водной планеты, коричневыми линиями – аналогичная зависимость для каменных планет (из силиката магния) с массовой долей железного ядра в 0, 25 и 50%.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...9caa70bd1e629bbc5d7e666c6de1cd
Источник: http://arxiv.org/pdf/1511.03550.pdf

Металличность

Уже вскоре после открытия первых экзопланет стало ясно, что распространенность планет-гигантов сильно коррелирует с металличностью родительской звезды. Чем больше тяжелых элементов содержит родительская звезда, тем выше вероятность того, что рядом с нею будет обнаружена планета-гигант. Однако на маломассивные планеты (с mp < 0.1 масс Юпитера) эта зависимость не распространяется – нептуны, суперземли и планеты земного типа одинаково часто встречаются у звезд разной металличности.

Чтобы уточнить распределение планет у звезд, бедных тяжелыми элементами, в 2003 году на Южно-Европейской обсерватории с помощью спектрометра HARPS начали регулярные наблюдения 109 сравнительно близких хромосферно тихих FGK-звезд с низкой металличностью (-2 < [Fe/H] < -0.4). В 2013 году в рамках этого обзора были открыты две планеты у звезды HD41248, однако впоследствии этот результат не подтвердился (колебания лучевой скорости звезды оказались проявлениями ее собственной активности). Других планет у звезд данной выборки обнаружить не удавалось – ни планет-гигантов, ни объектов меньшей массы.

Наконец, 13 ноября 2015 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная открытию легкого нептуна HD 175607 b.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...bac0a73dff67d4fb7e0aefe15fd79e
Источник:http://arxiv.org/pdf/1511.03941v1.pdf

"Закрытие"

Поиск планет на пределе разрешения аппаратуры всегда сопряжен с риском ошибок и ложных срабатываний. Очень часто неучет какого-либо инструментального эффекта или не вполне корректная обработка данных приводит к возникновению «глюков» («призраков»), т.е. ложных открытий. Один из наиболее известных примеров такого рода – открытие ван де Кампом астрометрическим методом двух планет-гигантов у звезды Барнарда. Этот результат широко обсуждался на протяжении трех десятилетий, но впоследствии не подтвердился.

«Закрывается» планета земного типа на 3.24-дневной орбите у звезды альфа Центавра B. Слабый RV-сигнал, якобы вызванный влиянием планеты, оказался артефактом математической обработки данных.
Подробнее: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...013cef9562d14728243bae0716fe55
Источник: http://arxiv.org/pdf/1510.05598v1.pdf