Поиск

Вопрос встречаемости аналогов Юпитера у солнцеподобных звезд (вторая часть)




    Три способа обнаружения аналога Юпитера. Источник
 
     Не менее эффективным методом для обнаружения аналогов Юпитера стал транзитный метод. Хотя и тут есть трудности: так как период обращения аналога Юпитера составляет почти 12 лет, то для его обнаружения требуется измерять яркость звезды с высокой точностью (глубина транзита около 1% при длительности в 30 часов) 10-20 лет. При этом только один из тысячи аналогов Юпитеров будет транзитным, в связи, с чем для обнаружения подобных планет транзитным методом требуются измерения яркости многих тысяч звезд. Лучше всего для подобных поисков подходил космический телескоп Кеплер, который в течении 4 лет отслеживал яркость около 200 тысяч звезд.


    Перед запуском этого космического телескопа был сделан прогноз количества таких открытий. В этой работе 2008 года предсказывалось, что телескоп сможет обнаружить несколько десятков транзитных планет с периодами обращения больше 3.5 лет с размерами между размером Нептуна и размером Юпитера.

    Первоначально сама научная команда телескопа Кеплер занималась поиском одиночных транзитов в данных космического телескопа. Эти события были отмечены в двух версиях планетных каталогов от февраля 2011 года и февраля 2012 года. В этих каталогах содержались обнаруженные одиночные транзитные события в данных за первые шесть кварталов миссии (1.5 года наблюдений). После этого научная команда телескопа Кеплер перестала искать и публиковать такие события, в связи с тем, что она стала использовать универсальный алгоритм TCE (Threshold Crossing Events), который ищет планетные кандидаты, как минимум с тремя наблюдавшимися транзитами. Поэтому поисками планетных кандидатов с одним или двумя транзитами стали заниматься только сторонние ученые и любители астрономии. На это время в таких поисках участвовало около десятка различных групп:

1) В мае 2012 года группа Гаспара Бакоса опубликовала результаты использования алгоритма своего проекта HATnet для поиска неизвестных планетных кандидатов среди данных телескопа Кеплер за 6 первые кварталов. В результате было найдено 150 новых планетных кандидатов с несколькими транзитами и 7 одиночных транзитов. Этот поиск смог восстановить 86.4% известных на тот момент затменных двойных из каталога KOI и 82.2% известных на тот момент планетных кандидатов из каталога KOI.



2) Авиф Офир в июне 2012 года опубликовал результаты своего поиска с помощью алгоритма SARS, ранее использовавшегося в проекте космического телескопа Корот. В этом поиске искались лишь дополнительные планеты в уже известных 2321 системах, указанных в каталоге KOI. В результате было найдено 84 новых планетных кандидатов в 64 системах. Среди них есть четыре одиночных транзита.

3)     В январе 2013 года на конференции AAS-221 был представлен доклад Дженифера Барта и Грегори Лафлина о разработке алгоритма для поиска долгопериодических планет в фотометрии телескопа Кеплер с целью изучения статистики таких планет. Пока данное исследование ещё не опубликовано.

4)     Проект Planet Hunters, в котором волонтеры визуально ищут транзитные события в фотометрии, также активно занялся поисками планетных кандидатов с двумя или одним транзитом. В их работе от января 2013 года были опубликованы 43 планетных кандидатов (у девяти из них было найдено только по два транзита). На схеме ниже красными звездами выделены планетные кандидаты, которые к этому времени были найдены алгоритмом TCE, черными отметками отмечены находки волонтеров, которые не были найдены алгоритмом TCE (хотя у них есть по три транзита), а ромбами отмечены планетные кандидаты только с двумя транзитами:

  В октябре 2013 года проект опубликовал 14 новых планетных кандидатов (из них у 7 только по два транзита). На схеме ниже отмечены планетные кандидаты из KOI-таблицы на 6 февраля 2014 года:



   После этого волонтеры продолжили поиски планетных кандидатов. Так в середине 2015 года на одной из конференций прозвучало, что в рамках проекта найдено 53 планетных кандидатов с большой полуосью орбиты больше 1 а.е.. Из них у 24 наблюдается один транзит, у 15 два транзита, а у 14 три транзита. Из длительности транзитов был сделан вывод, что у 75% этих кандидатов большие полуоси орбит находятся в 1-3 а.е.

    В декабре 2015 года большинство этих находок (41 планетных кандидатов с большим периодом обращения в 38 системах) были опубликованы в 8-ой (VIII) публикации проекта. Среди них у 17 наблюдается только один транзит, у 14 по два транзита, а у 10 как минимум три транзита. Для большей части этих планетных кандидатов были получены детальные снимки окрестностей и спектры звезд. В результате эта же работа подтверждала планетную природу 7 из этих кандидатов (3 с одним транзитом, 3 с двумя транзитами и 1 с четырьмя транзитами).



5) В январе 2016 года на конференции AAS-227 прозвучал доклад о модернизации алгоритма BLS (Box-Least Squares) с целью поиска одиночных событий. В частности этот алгоритм обнаружил одиночное событие у звезды KIC 1717717 (глубина транзита около 4% при длительности в одни сутки). Скорее всего, это событие является затмением другой звезды, а не планеты. Результаты этого исследования пока не опубликованы.

6)     В феврале 2016 году группа японских астрономов опубликовала своё исследование по визуальному поиску одиночных транзитов в фотометрии 7557 звезд из официального каталога планетных кандидатов KOI. В результате они обнаружили 28 таких событий в 24 системах (из них 14 опубликованы впервые). 7 из таких событий, вероятно, вызваны планетами размером с Нептун или Юпитер с периодами обращения до 20 лет:

7) В июне 2016 года группа студентов опубликовала первые результаты своего пробного анализа фотометрии 400 случайных KOI-объектов. В результате было обнаружено 4 новых планетных кандидатов, у одного из которых наблюдается только два транзита.
 
8)  В июле 2016 года группа астрономов (в частности Т.Мортон и Э. Агол) опубликовала свои результаты автоматического поиска одиночных затмений среди 39 тысяч специально отобранных желтых карликов по следующим признакам:
a) Эффективная температура звезд в 4200-6100 Кельвинов;
b) Яркость звезды превышает 15 звездных величин
c) Оцениваемый радиус звезды меньше 1.15 радиусов Солнца
d) Период наблюдений превышает 2 года с долей полноты наблюдений выше 60%
e) CDPP (шум звезды) на 7.5 часовых интервалах меньше 1000 ppm
f) Отсутствие в каталогах затменных двойных или ложных планетных кандидатов.



    В результате было найдено 16 кандидатов в долгопериодические планеты (6 из них новые открытия, а 5 находятся в уже известных планетных системах). У троих из них есть по два транзита, у остальных наблюдается только один транзит.

   На схеме ниже зелеными отметками показаны планетные кандидаты, найденные в новом анализе, серыми точками отмечены планетные кандидаты телескопа Кеплер, черными точками показаны подтвержденные планетные кандидаты телескопа Кеплер, а оранжевыми точками отмечены планеты Солнечной Системы.



   Хотя для опубликованных планетных кандидатов самими авторами работы не осуществлялось никаких подтверждающих наблюдений (снимков окрестностей звезд или детальные спектры звезд), тем не менее, они оценили планетную статистику при условии, что все кандидаты являются настоящими:



    Тем самым, из этих находок следует, что аналоги Юпитера должны встречаться примерно у половины желтых карликов, что очень сильно различается с оценками полученными методом лучевых скоростей, и более близко к оценкам, полученным с помощью метода микролинзирования. В целом суммарно выходит, что у каждой солнцеподобной звезды должно быть по 2.0±0.7 планет размером с Нептун или Юпитер и периодами обращения в 2-25 лет.

    С помощью нескольких моделирований авторы находят, что вероятность сценария затменных двойных или фоновых двойных составляет лишь 7.2±2.5% и 0.41% соответственно. Поэтому они считают, что среди опубликованных планетных кандидатов есть только 2-3 затменных двойных или фоновых затменных двойных. Кроме того, форма и длительность затмений подтверждает вывод, что большинство опубликованных кандидатов являются настоящими планетами:



   Для начальной проверки кандидатов авторы предлагают использовать, как спектрографы для измерения лучевых скоростей звезд, так и данные телескопа GAIA. Для первого случая они вычисляют наиболее вероятные амплитуды колебаний лучевых скоростей:



    Из этой таблицы следует, что лишь у 4 кандидатов, масса, скорее всего больше массы Юпитера. Насчет использования данных телескопа GAIA говорится, что для примерного расстояния в 500 парсек указанные планетные кандидаты должны вызывать астрометрические колебания в 0.3-3 угловых микросекунд. Это недостаточно для обнаружения, в тоже время данные телескопа GAIA помогут исключить вариант затменных двойных звезд. Кроме того отмечается, что эти же астрометрические данные будут ещё более эффективны во время подтверждения более близких планетных кандидатов с одним транзитом от проектов TESS и PLATO. Также важно отметить, что самих данных GAIA недостаточно для обнаружения аналогов Юпитера (длительность наблюдаений составляет 5 лет), поэтому без дополнительных фотометрических данных или измерений лучевых скоростей звезд не обойтись.

   В дополнение можно отметить недавнее исследование с помощью спектрографа SOPHIE, которое показало значительно большую долю ложных планетных кандидатов телескопа Кеплер среди короткопериодических планет-гигантов, чем предсказывалось ранее. Проверка 129 кандидатов (яркостью выше 14.7 звездных величин с глубиной транзитов в 0.4-3%) в течении шести лет определила долю ложных кандидатов с периодами обращения меньше 400 суток в 54.6±6.5%:



    В результате была получена частота планет-гигантов с периодами обращения меньше 400 суток в 4.6±0.6%, а частота коричневых карликов 0.29±0.17%.



   Данные оценки оказались вблизи оценок других обзоров:



   Также эти результаты потвердили зависимость встречаемости планет-гигантов от металличности звезд:



    Несмотря на то, что за шесть лет на это исследование было затрачено более 640 часов наблюдений, его результаты являются предварительными (для 25 планет из 63 были получены лишь верхние пределы массы).

  
   Одновременно ведутся попытки подтвердить кандидаты планет-гигантов телескопа Кеплер и с периодами обращения больше 400 суток. Больше всего в этом направлении преуспел Дэвид Киппинг, который к настоящему времени подтвердил уже две планеты, для которых в фотометрии космического телескопа Кеплер наблюдаются только два транзита. Это Кеплер-421b (публикация в июле 2014 года) и Kepler-167e (публикация в марте 2016 года). Данные планеты являются самыми долгопериодичными в текущем KOI каталоге:

 Уже в первой работе, Дэвид Киппинг наглядно показывает, что у некоторых планетных кандидатов, указанных в KOI-таблице, как кандидаты только с одним наблюдаемым транзитом, в общедоступной фотометрии можно легко найти дополнительные транзитные события. Это позволяет окончательно определить период обращения возможной планеты. По этой причине, я в этом блоге два года назад даже провел небольшое исследование опубликованных однотранзитных планетных кандидатов (здесь, здесь и здесь). С тех пор появилось несколько важных обзоров по этой теме (они перечисленны выше), поэтому я решил обновить список планетных кандидатов основной миссии телескопа Кеплер с одним или двумя транзитами. Особенно это актуально в связи с тем, что официальный список таких кандидатов (KOI-таблица) является далеко не полным:


Обозначение состояния транзитного события после визуальной проверки
(х) хорошая форма затмений
(п) смутная форма затмений
(н) затмение не наблюдается

Ссылки на источники:

[1] В системе также наблюдаются два вида затмений (период повторения 359 суток) от тесной пары звезд
[2] Прибавить 2454833 юлианских дней
[3] В системе также наблюдаются пять видов транзитов с периодами от 4 до 62 суток и размерами от 1 до 2.5 радиусов Земли
[4] В системе наблюдаются два вида затмений (у первого вида только один транзит, у второго вида сразу два транзита)
[8] В системе наблюдаются ещё четыре вида транзитов с периодами от 6.5 до 270 суток и размерами в 2.8-7.4 радиусов Земли
[10] В фотометрии может быть второе затмение на 746 MJD с глубиной в 700 ppm. Кроме того участники проекта Planet Hunters отмечают ещё одно затмение на 370 MJD, которое вероятно является следствием космических лучей.
[12] В системе известна планета с периодом в 160 суток и радиусом в 2.5 радиусов Земли.
[13] В системе наблюдаются дополнительные транзиты с периодом в 81 суток и радиусом 5.4±2.1 радиусов Земли.
[14] В системе также наблюдаются три вида транзитов с периодами между 4 и 22 суток и размерами в 1.3-1.6 радиусов Земли.
[15] В системе известен дополнительный кандидат с периодом в 87 суток и размером в 2.7 радиусов Земли. У звезды обнаружен близкий компаньон. В работе Uehara отмечен только первый транзит.
[16] Находка участников проекта Planet Hunters была показана лишь в их блоге (https://planethunting.wordpress.com/2013/03/02/apairofsuperearthsinkic-5522786/).
[18] Третий транзит попал на пропущенный квартал..
[19] Одиночный транзит обнаружен в работе А.Офира, другие транзиты не наблюдаются. Также в системе открыта дополнительная планета с помощью метода лучевых скоростей (её масса около массы Юпитера при периоде обращения в 580±15 суток).
[20] Транзит может являться главным затмением звездного компаньона с периодом в 670 суток.
[21] Время одиночного затмения из каталога KOI 2012 года попадает на разрыв в фотометрии. Кроме того в фотометрии видны три больших затмения с периодом в 387 суток. Они присутствуют в каталоге затменных двойных. Затем кандидат был помечен, как ложный.
[22] Присутствует только в каталоге КOI за 2011 год.
[23] В системе наблюдается два типа затмений. В первом типе затмений есть, как минимум два транзитных события (третье затмение, возможно, наблюдается на 1494 MJD (очень значительное ТТV-колебание)). Второй тип затмений представлен одиночным затмением на 879 MJD.
[24] Третье событие должно быть на 763 MJD, но оно попало на разрыв. Поэтому период обращения может быть в 2 раза больше, чем указано в публикации. В системе есть ещё кандидат с периодом в 11 суток.
[25] Второй транзит виден очень плохо.
[26] Второй транзит попадает на разрыв.
[27] В системе известны транзиты двух видов (у первого вида по два транзита, у второго вида по одному транзиту).
[28] В системе обнаружены трое планетных кандидатов. У одного период обращения в 11 суток, у двух других есть лишь по два и одному транзиту.
[30] На снимках обнаружен близлежащий звездный компаньон.
[31] В 2013 году участники проекта Planet Hunters опубликовали систему с двумя транзитами, но в 2015 году посчитали второй транзит на 1117 MJD недостоверным.
[34] Для системы есть два варианта. По первому оба затмения вызваны звездами, по второму более долгопериодические затмения вызваны планетой, обращающейся вокруг двойной звезды.
[35] В системе есть еще 4 планеты с периодами в 4-16 суток и радиусами в 1.3-1.7 радиусов Земли.
[36] В системе есть планетный кандидат с периодом в 57 суток и радиусом в 2.1 радиусов Земли.
[37] В системе известны ещё три планетных кандидата с периодами в 1-19 суток и радиусами в 1-2 радиусов Земли.
[38] В системе известны ещё две планеты с периодами в 16-29 суток и радиусами в 2 радиусов Земли.
[39] В системе есть ложный кандидат с периодом в 30 суток.
[40] В системе есть ложный кандидат с периодом в 1.7 суток.
[41] В системе есть два планетных кандидата с периодами в 1-4.5 суток и радиусами в 1.0-1.5 радиусов Земли.
[42] В системе есть ложный кандидат с периодом в 173 суток.
[43] В системе есть ложный кандидат с периодом в 23 суток.
[44] В системе есть ложный кандидат с периодом в 3 суток
[45] В системе есть ложный кандидат с периодом в 11 суток
[46] Планета обнаружена канадскими студентами.
[47] В работе проекта Planet Hunters приводится только один транзит, второй транзит был опубликован в работе ForemanMackey 2016 года (транзит виден на 1590 MJD, в работе указано 1564 MJD)

   Фотометрия телескопа Кеплер за 4-летнюю основную миссию ещё надолго останется лучшим местом для поиска наиболее долгопериодических транзитных планет. В тоже время начинается активный поиск редких затмений в фотометрии других космических миссий или продленной миссии телескопа Кеплер (К2). Начало этому было положено ещё в 2010 году, когда была опубликована планета Корот-9b. В 145-суточной фотометрии космического телескопа Корот удалось обнаружить только два транзита этой планеты (первый из них наблюдался 16 мая 2008 года). Тем не менее, это не помешало подтвердить данную планету через и обнаружение новых затмений, и определение её средней плотности. На момент публикации в 2010 году, данная планета занимала второе место среди самых долгопериодических планет (период 95 суток):



   C продленной миссией телескопа Кеплер (К2), такие открытия пошли на поток. Суперземля HIP 116454b с периодом в 9 суток была подтверждена всего через один обнаруженный транзит, коричневый карлик EPIC 201702477b с периодом в 40 суток подтвержден через два обнаруженных транзита. После этого была опубликована пятипланетная система HIP 41378, в которой у трех внешних планет наблюдалось только по одному транзиту, у четвертой планеты два транзита, и только у самой внутренней планеты четыре транзита. Предполагается, что периоды обращения всех пяти планет лежат в пределах 500 суток.



   Кроме перечисленных подтвержденных планет есть уже множество кандидатов с одним или двумя транзитами. Наиболее примечательными из них являются EPIC 211939692 и EPIC 215460540, где наблюдаются по 6 и 4 различных одиночных затмений.

     Уже начались и специализированные поиски одиночных транзитов. В декабре 2015 года был опубликован анализ H. Osborn по поиску одиночных транзитов на первых трех полях миссии К2 (с 1 по 3). В результате было найдено 7 таких кандидатов. Их период обращения находится между несколькими суток и несколькими тысячами суток, а размер 0.5-2 радиусов Юпитера:



    На недавней конференции в Давосе тот же ученый сообщил, что он уже проанализировал 6 полей продленной миссии К2, где найдено более 30 одиночных транзитов с глубиной от 800 ppm до 2%. 15 из них являются достаточно яркими для подтверждения:




   Это позволило даже сделать оценку встречаемости долгопериодических планет у желтых карликов:



   Данные оценки сильно отличаются от оценок из обзоров с помощью методов лучевых скоростей и микролинзирования.
za-neptunie.livejournal.com

Добавить комментарий