< OSIRIS-REx: миссия к околоземному астероиду

Измерены массы планет в системе Kepler-80

Анализ вариаций времени наступления транзитов позволил оценить массы четырех из пяти планет в системе Kepler-80. Одна из планет оказалась железокаменной суперземлей, две – мини-нептунами, еще одна – чем-то промежуточным по своим свойствам. Все пять планет горячее Меркурия.

---

Владислава Ананьева

Одним из неожиданных открытий «Кеплера» стало обнаружение плотно упакованных компактных многопланетных систем, в которых 4-6 планет находились на компланарных орбитах с периодами короче 50 земных суток. По сравнению с такими системами Солнечная система выглядит рыхлой и пустынной – орбитальный период Меркурия составляет 88 земных суток.

Одной из первых плотно упакованных компактных многопланетных систем стала система Kepler-80 (KOI-500). Она включает в себя пять транзитных экзопланет с орбитальными периодами 1.0, 3.1, 4.6, 7.1 и 9.5 земных суток и радиусами 1.2, 1.5, 1.6, 2.7 и 2.7 радиусов Земли, соответственно. Звезда прошла стандартную процедуру валидации (статистического подтверждения планетной природы транзитных кандидатов путем исключения астрофизических явлений, способных имитировать транзитный сигнал). Достоверность планетной природы каждого из пяти кандидатов превышает 99.9%.

Близость планетных орбит приводит к сильному гравитационному взаимодействию планет друг с другом и заметным вариациям времени наступления транзитов. Анализ этих вариаций позволил оценить массы планет TTV-методом (методом тайминга транзитов). 26 июля 2016 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная динамическому анализу движения планет в этой системе и уточнению свойств родительской звезды. Исследователям удалось определить массы и средние плотности четырех планет из пяти, неизвестной осталась масса лишь самой внутренней и самой маленькой планеты.

Kepler-80 (KOI-500, KIC 4852528) – оранжевый карлик спектрального класса K5 V, удаленный от нас на ~357 пк. Его масса оценивается в 0.73 ± 0.03 солнечных масс, радиус – в 0.68 ± 0.02 солнечных радиусов, светимость составляет ~17% солнечной. Оценки возраста этой звезды, даваемые разными авторами, лежат в интервале от 1.3 до 2.9 млрд. лет. Звезда довольно тусклая – ее видимая звездная величина в полосе чувствительности детекторов «Кеплера» составляет +14.8. Низкий блеск звезды сильно затрудняет измерение масс планет методом измерения лучевых скоростей.

Самая внутренняя планета Kepler-80 f имеет радиус 1.21 ± 0.06 радиусов Земли и орбитальный период 0.98679 земных суток. Из-за близости к родительской звезде (она вращается на расстоянии 0.0175 ± 0.0002 а.е.) и мощной инсоляции крайне маловероятно, что планета смогла бы удержать водородно-гелиевую оболочку. Скорее всего, она имеет железокаменный состав, ее масса оценивается авторами статьи в 1.8 ± 0.3 масс Земли. Авторы подчеркивают, что это модельные оценки, а не измеренная величина.

Вторая планета Kepler-80 d имеет радиус 1.53 ± 0.09 радиусов Земли и орбитальный период 3.07222 ± 0.00006 земных суток. Масса планеты, измеренная TTV-методом, оказалась равной 6.75 ^+0.7/_-0.5 масс Земли, что приводит к средней плотности 7 ± 1 г/куб.см. Таким образом, вторая планета также оказывается железокаменной суперземлей. Масса ее водородно-гелиевой оболочки (если она есть) не превышает 0.05% полной массы планеты, масса воды – не превышает 1%. Заметим, что речь идет лишь о верхних пределах, а не об измеренных величинах! Суперземля вращается вокруг своей звезды на среднем расстоянии 0.0372 ± 0.0005 а.е.

Третья планета Kepler-80 e оказалась сравнимых с Kepler-80 d размеров (ее радиус составляет 1.60 ± 0.08 радиусов Земли), но заметно меньшей массы – 4.13 ^+0.81/_-0.95 масс Земли, что приводит к средней плотности 3.75 ^+0.9/_-1.0 г/куб.см. Таким образом, помимо железокаменного ядра планета явно содержит значительную долю летучих в своем составе. Возможно, планета содержит до 22% воды или сравнительно небольшую водородно-гелиевую оболочку. К сожалению, аналогов таких планет в Солнечной системе нет, и нам не на что опереться в своих оценках, кроме моделирования. Kepler-80 e вращается вокруг своей звезды на среднем расстоянии 0.0491 ± 0.0007 а.е. и делает один оборот за 4.6449 ± 0.0002 земных суток.

Две внешние планеты Kepler-80 b и Kepler-80 c оказались близких размеров, массы и средней плотности, обе они являются мини-нептунами. Радиус четвертой планеты Kepler-80 b составляет 2.67 ± 0.1 радиусов Земли, радиус пятой Kepler-80 c – 2.74 ± 0.12 радиусов Земли. Их массы, соответственно, оцениваются в 6.9 ^+1.1/_-0.7 масс Земли и 6.7 ^+1.3/_-0.9 масс Земли, а средние плотности – в 1.38 ^+0.24/_-0.17 г/куб.см и 1.22 ^+0.23/_-0.18 г/куб.см. Массовая доля водородно-гелиевой оболочки в составе этих планет составляет ~2%, однако ее протяженность может достигать ~40% радиуса. Внешние планеты вращаются вокруг своей звезды по близким к круговым орбитам на среднем расстоянии 0.0648 ± 0.0009 и 0.0792 ± 0.0011 а.е., и делают один оборот, соответственно, за 7.0525 ± 0.0002 и 9.5236 ± 0.0004 земных суток.

Авторы проанализировали динамическую устойчивость системы Kepler-80 и нашли ее устойчивой с большим запасом. Моделирование формирования этой системы показало, что эксцентриситеты орбит планет мало отличаются от нуля: для Kepler-80 e эксцентриситет не превышает 0.08, для остальных планет еще ниже. К сожалению, более точно определить эксцентриситеты орбит из полученных данных невозможно – для этого необходимы новые наблюдения с помощью космических телескопов с большой апертурой.

---