Большие надежды в деле открытия экзопланет связывают с Gaia. Предсказывается обнаружение многих тысяч новых планет. Правда, для этого недостаточно третьего релиза. Но, конечно, разные исследовательские группы пытаются работать с тем, что есть, в ожидании более детальных данных. Вышло уже несколько публикаций, посвященных поискам планет в данных Gaia. Вот еще одна.
Авторы используют новую методику и представляют почти 10 000 кандидатов. Это все массивные планеты или бурые карлики. Конечно, большинство надо еще подтверждать. Авторы полагают, что подтвержденными объектами планетных масс (а не бурыми карликами) окажется лишь около 7%.
В основном кандидаты обнаружены у звезд чуть легче Солнца (меньше 0.8Msun, но массивнее 0.5) на расстояниях 50-200 пк. Это, разумеется, эффект селекции.
Описывается интересный проект спутника (заявка направлена в китайское агентство).
Хочется искать планеты земного типа у звезд типа Солнца, причем в зонах обитаемости. Это нетривиальная задача. Возможно, один из лучших методов - астрометрические наблюдения.
Авторы предлагают проект небольшого спутника, который будет в течение 5 лет наблюдать около сотни близких (менее 10-12 пк) звезд. Как показывают расчеты, можно достичь точности, позволяющей регистрировать планеты земного типа с орбитальным периодом около года.
Очередная глава в Handbook of Exoplanets. На этот раз основная тема - методы открытия планет, обращающихся вокруг двойных систем. Сейчас таких планет известно около полусотни, и использовались разные методы для их обнаружения. Ну и еще пара методов на подходе.
Написано хорошо. Понятно даже для неспециалиста. Но меня привлекло еще понятное хорошее введение.
В заключение (на дессерт) авторы немного рассуждаются об обитаемости таких планет.
Авторы продолжают исследовать вопрос связи солнечной и звездной активности с движением центра масс системы под действием планет. Аргументы против наличия такой связи становятся все более детальными и многочисленными. Солнечный 11-летний цикл, равно как и аналогичные циклы у других звезд, явно не связаны с влиянием планет. Про модуляцию с гораздо более длинным периодом трудно что-то сказать. Однако, например, Маундеровский минимум тоже явно не связан с планетами. Так что это все звезды как-то сами.
Большой обзор, куда попали и теоретические основы, и методы, и ключевые открытия, и планы на будущее. Планы, в первую очередь, связаны с ожидаемым в 2026 г. запуском телескопа Роман.
Важная особенность данного метода - возможность открывать планеты на широких орбитах. Здесь данный метод вне конкуренции. Поэтому он и важен. Кроме того, очень интересна возможность поиска одиночных планет. Для старых и/или маломассивных объектов это единственный доступный метод. Так что очень ждем Nancy Grace Roman Space Telescope.
У красного карлика с массой около 0.35 солнечной обнаружена планета примерно земного размера и массы. Пока ничего удивительного. Но вот орбитальный период - менее 6 часов. Это не рекорд. Но третье место. Рекорд же состоит в том, что планета находится ближе всех от границы приливного разрушения. Уменьшение орбитального периода всего на 12% приведет к приливному разрыву. Уже сейчас планета сильно деформирована: размер в одном направлении процентов на 10 больше, чем в другом. Так что это все-таки рекорд!
Описание спутника PLATO и его научных задач.
Основная цель - обнаружение и получение базовых характеристик экзопланет земного типа у звезд типа Солнца. Спутник будет запущен в 2027 году. На нем будет работать батарея из 26 12-сантиметровых камер. Ожидается, что количество открытых планет превысит 10 000.
Кроме того, будет получена большая информация по звездам (в том числе о тех, вокруг которых вращаются экзопланеты) методами астросейсмологии.
Как всегда, большое описание нового аппарата содержит и хороший обзор состояния дел в профильных областях исследований.
Большой обзор по сверхземлям и планетам типа Земли. Рассказано более-менее обо всем: данные наблюдений, модели формирования, строение ... Но самое главное, авторы обсуждают, как наблюдения атмосфер могут дать информацию о свойствам недр и геологии. Это, кстати, важно и для лучшего понимания ранней истории Земли, поскольку в некоторых аспектах свойства планет у красных карликов похожи на земные параметры в пору ее молодости.
Отдельно отмечу, что в обзоре много хороших оригинальных иллюстраций, связанных с внутренним строением планет.
Кратко перечислены методики, позволяющие получать прямые изображение экзопланет (адаптивная оптика, коронографы и т.д.). Приведены ключевые результаты и дана сводная таблица. Также почему-то часть текста посвящена механизмам образования планет-гигантов. Видимо, это связано с тем, что рассказано еще и о получении изображений протопланет. Также не забыты и бурые карлики. Завершается все, как обычно, планами на будущее.
В Архив по главам вложили большой сборник, посвященный изучению экзопланет, в основном- железно-каменных. Данный обзор является заключительной 15й главой.
Разумеется, дистанционными методами трудно изучать геологию. Но трудно не означает невозможно. Автор рассматривает, как современные наблюдения могут давать информацию, касающуюся именно геологии экзопланет. В основном, конечно, речь идет об использовании данных по атмосферам для получения характеристик недр планеты, ее состава и т.п.
В Архиве появилось (и еще будет появляться) несколько глав из "Астрофизической энциклопедии". На этот раз обратим внимание на главу о приливах при взаимодействии планет и звезд Главной последовательности.
В небольшом тексте понятно описаны основы приливного взаимодействия, объяснено почему это важно для эволюции планет (и их материнских звезд), а также приведены конкретные примеры.
В ближайшие годы данные Gaia должны позволить открыть тысячи экзопланет астрометрическим методом, т.е. по наблюдениям движения звезд, вокруг которых планеты обращаются.
Основная часть короткого обзора очень техническая. Но и это полезно - иметь формулы под рукой.
Полезный обзор. Он именно энциклопедический, но в современном смысле. Т.е., у него специфическая структура. Это не длинный текст со множеством ссылок, а отдельные кусочки со множетвом рисунков, диаграмм, "выносов" и т.п. Т.о., получается "клиповая" структура. Но и такие обзоры тоже безусловно нужны!
LHS 1140 b - транзитная планета в зоне обитаемости у красного карлика. Ранее наблюдения показывали, что вероятнее всего это планета с толстой атмосферой, богатой водородом. В таком случае, это не обитаемый мир. Но вот новые наблюдения на JWST дают основания полагать, что это скорее водный мир. Есть ли там в самом деле океаны на поверхности - неясно. Но вероятность этого довольно большая. Т.о., LHS 1140 b на настоящий момент является одним из самых интересных объекто с точки зрения потенциальной обитаемости. Очевидно, наблюдения будут продолжать и на JWST, и (позже) на ELT (если, конечно, за несколько лет планета не выпадет из списка кандидатов в обитаемые миры).
Планеты могут падать на звезды. Это не такой уж редкий процесс. Но пока мы можем искать лишь следы таких падений. Следы (последствия) могут быть разными. Например, падение планеты раскручивает звезду. Но довольно трудны выделить именно те случаи, когда вращение было ускорено взаимодействием. Гораздо лучше ситуация с "химическим следом". Если планета "растворяется" в конвективной оболочке звезды, то вещество планеты может обнаружиться по спектральным наблюдениям. Все равно вознкиает вопрос: как отличить именно поглощение планет от других причин химических аномалий? Помогают двойные системы. При рождении звезды в двойных должны иметь одинаковый состав. Если же спектральные данные показывают различия - то это сильный аргумент в пользу "планетного загрязнения".
Исследования по поиску "химического следа" в двойных системах уже проводили и успешно. Но в данной статье авторы представили очень большую выборку объектов, позволяющую достаточно надежного говорить о статистике поглощения планет. Используя данные Gaia, они исследовали почти сотню звездных пар и показали, то примерно в 8% случаев есть следы "планетного загрязнения".
Небольшой (половину из 54 страниц занимает список литературы, кроме того, в статье много полезных иллюстраций и инфографики) и понятный обзор о том, как вещество выпадает на белые карлики. После выпадения, вещество проявляет себя в спектрах атмосфер этих компактных объектов, что позволяет определить состав и массу выпавших материалов. Это важный источник информации о параметрах экзопланетных систем.
Авторы представляют два новых кандидата в экзопланеты вокруг белых карликов. Это был целенаправленный поиск на JWST. Было выбрано 4 белых карлика со значительным загрязнением атмосферы тяжелыми металлами. Это указывает на недавний процесс выпадения вещества. Теоретические модели показывают, что выпадение наиболее эффективно идет в системах, где есть планеты-гиганты. У двух карликов ничего не увидели, а у двух других - хорошие планетные кандидаты.
Что тут важно и в меру уникально - возраста планет и карликов. Они совпадают и они большие. Ранее удавалось увидеть планеты только у молодых белых карликов - в таком случае это легче сделать. А тут мы видим прямо что-то похожее на будущее нашей Солнечной системы (разве что гиганты несколько дальше, чем Юпитер от Солнца).
Чтобы окончательно подтвердить кандидаты нужен еще один сет наблюдений на JWST, чтобы напрямую продемонстрировать, что собственное движение у планет такое же, как у белых карликов. Это можно сделать в ближайшее время, и, очевидно, будет сделано.
Ожидается, что JWST откроет еще много планет у белых карликов, потому что запланированы специальные поиски таких объектов. Все это крайне интересно для понимания долговременной эволюции планетных систем, связанной со звездной эволюцией (см., например, arxiv:2309.12635).
Большой обзор по спутникам экзопланет и по системам колец у экзопланет.
Все написано почти научно-популярно. По крайней мере, без формул. Маловато иллюстраций, зато текст вполне общедоступный.
Рассмотрены и общие вопросы (начиная с формирования), и конкретные примеры систем, где заподозрены спутники или кольца.
Представлен новый, более точный и детализированный, каталог кандидатов в экзопланеты по данным спутника Кеплер. В него вошло 4376 объектов. В основном это сверхземли и мини-нептуны с орбитальными периодами десятки дней. Заметная доля кандидатов находится в многопланетных системах (тут две - уже "много").
Хорошая сводка основных результатов Кеплера. Понятно описаны особенности миссии и наблюдений, что получено, что можно будет сделать в будущем, что хочется.
Конечно, если вы следили за экзопланетными новостями, то никаких откровений вы в обзоре не найдете. Но приятно, что все собрано в одном месте.
В обзоре даны и основы теории, и результаты наблюдений, и выводы из них, касающиеся как обычных экзопланет, так и "свободно плавающих", т.е. одиночных, не "привязанных" к звездам. И, конечно, описаны планы на будущее. Новые космические проекты принесут большой урожай в конце 2020х.
Транзитная экзопланета TOI-1853 имеет орбитальный период 1.24 дня. При массе 70-80 масс Земли у нее размер примерно как у Нептуна (примерно 3.5 радиуса Земли). Это говорит о том, что атмосфера вносит очень небольшой вклад в полную массу (не более нескольких процентов), что крайне нетипично для столь массивных планет. Авторы предполагают, что такая необычная планета могла сформироваться в результате нескольких столкновений.
Начнем с названия. Hycean - новое слово, состоящее из hydrogene и ocean. Это предложенное название для гипотетических миров, где поверхность покрыта океаном, и все это окружено мощной водородной атмосферой. По-русски я не смог придумать удачный перевод (ну не "водоан" же! "Гикеан", как уже пишут на некоторых сайтах - полная глупость. "Водоратмокеан" было бы правильно, но очень длинно. Хотя звучит в этом что-то древнеиндийское!). Подчеркну, что существование таких миров хотя и кажется естественным, но пока не доказано. Не доказано это и для K2-18b.
Планету наблюдали на JWST. Задача была в получении трансмиссионного спектра. Орбитальный период планеты 32 дня. Авторы пронаблюдали один транзит. Т.е., данных мало. Поэтому (!) результаты все не на высоком уровне достоверности (а статья в ApJL, а не Science или Nature).
Что авторы более-менее надежно обнаружили: метан, углексилый газ, отсутствие аммиака. Кроме того, все новости пишут и о диметил сульфиде. Вот его надежно не обнаружили, но "есть указания". Полученные данные делают планету более интересной, чем она казалась раньше *а она и так казалась интересной). Т.е, надо еще наблюдать. Учитывая орбитальный период, конкурсность заявок и тп., можно надеяться, что за год-два наберется достаточно наблюдений транзитов, чтобы понять, есть ли там диметил сульфид. Вот если есть!!! Если есть - тогда и поговорим.
Открыта довольно редкая планета: это планета-гигант около красного карлика. Красных карликов много, планет-гигантов - много, но вот вместе они встречаются редко. Обычно в небольшом и не очень массивном протопланетном диске вокруг красных карликов формируются лишь маломассивные планеты. Так что ситуация интересная. К тому же, планету можно изучать довольно детально. Все это важно для лучшего понимания механизма формирования планет.
См. также работу arxiv:2308.02253 другой группы авторов, посвященной тому же объекту.
На телескопе Хобби-Эберли удалось провести спектроскопические наблюдения высокого разрешения на протяжении всей орбиты горячего Юпитера HAT-P-32 b. Анализ показал наличие мощного истечения гелия. Моделирование показало, что структуру удается объяснить в сценарии с переполнением планетой полости Роша.
Авторы собрали данные по более чем тысяче осколочных (debris) дисков. Для этого было просмотрено более 100 публикаций. Они довольно тщательно анализируют выборку, выделяя более однородную часть (чуть меньше двух третей. Кроме этого, они исследуют различные корреляции параметров дисков с параметрами звезд и планет.
Еще один большой обзор про межзвездные объекты. Здесь введение состоит из рассказа о кометах Солнечной системы, а дальше обсуждаются Оумуамуа и комета Борисова.
После авторы переходят к рассмотрению галактической популяции межзвездных комет и астероидов: их количеству, происхождению, свойствам. Завершается все кратким обзором перспектив (LSST и спутники по прямому исследованию).
Авторы детально моделируют, как наземные наблюдения на крупных телескопах могут что-то сказать о жизни на планетах в зонах обитаемости вокруг красных карликов на расстоянии примерно 5-12 парсек от Солнца. Важно, что одними поисками спектральных деталей, связанных с обычным кислороом, ограничиваться не стоит. Обнаружение метана, углекислого газа, угарного газа, воды должно дать много дополнительной информации. Все это непросто. И во многом JWST не очень-то и поможет. А вот крупные наземные телескопы (ELT идр.) - могут. Правда, и в этом случае надо отнаблюдать многие десятки, а то и сотни транзитов, что может занять годы или даже десятилетия. Но все-таки, уже в 2030е гг. можно рассчитывать на какой-то результат. А тут и космический телескоп следующего поколения может подоспеть.
В небольшом обзоре авторы суммируют, как сейчас и в ближайшем будущем можно получать информацию о свойствах потенциально обитаемых планет. Кроме этого, кратко описан весь контекст, связанный с типами потенциально обитаемых планет и с зоной обитаемости.
Название обзора не вполне отражает его содержание - оно заметно шире. Речь идет и о методах обнаружения одиночных планет, и о способах оценки возраста. Кроме того, много рассказывается про бурые карлики. Из-за широты охвата и относительно небольшого объема, некоторые темы лишь обрисованы. Зато есть все необходимые ссылки. Так что обзор очень хорош или для поверхностного ознакомления, или как стартовая точка более детального изучения.
Авторы обработали данные 9-летнего обзора по наблюдению событий микролинзирования с целью определения параметров одиночных планет.
Такие объекты дают короткие события с длительностью менее суток. Разве что надо отметить, что по линзированию нельзя отличить собственно одиночные (свободно летающие планеты) от планет на очень широких орбитах.
Выделено 12 коротких событий. Это позволяет оценить параметры распределения одиночных планет. Функция масс принимается степенной. И показатель равен примерно 0.9 (для dN/d(log M) ). Получается, что одиночных планет больше, чем планет за снеговой линией. В расчете на одну звезду приходится 10-40 одиночных планет. Авторы полагают, что планеты были выброшены из систем.
С помощью наблюдений на TESS открыта интересная планета. Интересности выяснились, когда в дополнение к транзитам удалось с помощью наземных телескопов измерить вариацию лучевой скорости звезды. Совместные независимые определения массы и радиуса позволили определить плотность. Она оказалась рекордной для экзопланет.
Вообще, планета находится в области, где перекрываются (по массе) планеты и бурые карлики. Плотность уже типична скорее для последних. Но переход там довольно гладкий.
Объект интересен еще и тем, что у него довольно вытянутая орбита (хотя самой планете и звезде уже много лет - почти два миллирада, - а звезда является уже субгигантом, т.е. ушла с Главной последовательности.
Наблюдения на телескопе им. Джеймса Вебба позволили выделить тепловое излучение планеты TRAPPIST-1b. Она самая близкая к звезде из семи известных планет в этой системе. Планета находится вне зоны обитания, получая от звезды примерно в 4 раза больше энергии, чем Земля от Солнца.
Интересно, что данные позволяют утверждать, что у планеты нет мощной атмосферы, поскольку не видно следов перераспределения температуры по видимой поверхности. Это может быть важно для понимания свойств планет, расположенных относительно близко от красных карликов.
Авторы рассматривают еще одно условие, которое может быть важно для возникновения жизни. Оно связано с потоком ультрафиолетового излучения от звезды. С одной стороны ясно, что если УФ слишком много, то для жизни это плохо. С другой, совсем без УФ тоже нехорошо, потому что не начнутся важные фотохимические реакции. Соответственно, можно определить границы области, где УФ как раз в меру. Это авторы и делают. Правда, они рассматривают УФ, связанный со стационарным излучением звезды. В таком подходе получается, что красные карлики с температурами ниже 3900 вообще не могут создать нужные условия. Но еще есть вспышки!
По всей видимости, с началом работы LSST (обсерватория Веры Рубин) начнется эра изучения межзвездных комет и астероидов, попадающих в Солнечную систему. Кроме того, экзопланетные исследования позволяют получить информацию об экзокометах. В обзоре авторы сводят все эти вопросы вместе. Кроме того, описаны результаты по первым двум межзвездным объектам, зарегистрированным в Солнечной системе (Оумуамуа и комета Борисова), а также обсуждаются планы на будущее.
Простой понятный обзор, в котором суммированы свойства звезд, вокруг которых обнаружены экзопланеты. Обсуждаются различные корреляции (например, зависимость числа планет-гигантов от металличности). Иногда хочется более подробного рассказа, но, очевидно, были ограничения по объему. А дополнительную информацию можно найти в статьях, на которые приведены ссылки.
Мне нравится думать, что грядущий расцвет исследований атмосер экзопланет позволит гораздо лучше понть поведение земного климата. Такая надежда связана с двумя обстоятельствами. Во-первых, разнообразие условий на разных планетах позволит лучше понять физиеские (химические и т.д.) основы моделей, даст возможность откалибровать модели для разных параметров. Во-вторых, развитие столь интересной области приведет к притоку кадров, которые (может быть даже в основном) перетекут в прикладные исследования земного климата.
Теперь собственно к обзору. Он небольшой. Авторы представляют свои модели (их несколько) для описания атмосфер небольших потенциально обитаемых планет. Их делали, к слову сказать, в соавторстве с климатологами. Т.е., в самом деле, изучение планетных атмосфер - вполне "междисциплинарная" деятельность, обогащающая новыми знаниями и методиками все участвующие дисциплины.
Какого-то очень широкого взгляда в обзоре нет: и объем не позволяет, и представляют они свои работы. Но все равно интересно, что там люди делают, в каком направлении копают.
Авторы проделали большую и важную работу. Они единым образом обработали базу данных по звездам с экзопланетами, открытых транзитным способом с помощью Кеплера (включая миссию К2) и TESS. Это позволяет рассматривать полную выборку звезд в рамках модели с единами систематическими ошибками. Кроме того, авторы переобработали данные по радиусам экзопланет в рамках своего подхода.
Это что-то вроде lecture notes по свойствам вещества в недрах экзопланет. Очень много формул (почти 300). Т.е., это такой справочник. Приведены количественные описания свойств различных веществ при условиях, соответствующим недрам разных планет. Много фазовых диаграмм и тп. (почти 40 рисунков)ю Основная конечная цель - описание зависимости масса-радиус для планет разных типов.
Появилась серия статей, посвященная наблюдениям планеты WASP-39b на JWST. Основным результатом вляется обнаружение молекулы SO2. Смысле в том, что она возникает в результате фотохимического процесса. Разрушается H2S и потом серя окисляется до SO2. Это первое обнаружение молекулы, возникшей фотохимическим путем в атмосфере экзопланеты.
Небольшой понятный обзор по феноменологии истечений от экзопланет. Сейчас почти для 30 объектов есть регистрация истечений, и почти для полусотни- верхние пределы. То, как планеты теряют атмосферы, важно и для моделирования их эволюции, и для определения их свойств.
В статье представлен каталог планет, попадающих полностью или частично (доля орбитального периода) в зону обитаемости. С учетом тех, у которых лишь часть орбиты лежит внутри зоны, это более сотни объектов. Есть среди них и очень массивные. Это тоже интересно, потому что у них могут быть массивные спутники земного типа.
Большую часть статьи занимают таблицы и рисунки. Интересна дискуссия, где, в частности, обсуждается неоднозначность определения границ зоны обитаемости.
Вот и добрались до совсем мелких планет. С помощью Хаббла удалось получить трансмиссионный спектр планеты с массой (и размером) менее земного. Планета вращается вокруг красного карлика. Всего в этой системе известно 4 планеты. L98-59~b имеет орбитальный период чуть более двух дней, так что она находится вне зоны обитаемости - там жарковато. Но все равно.
Ничего впечатляющего в спектре не увидели. То ли атмосферы нет, то ли там плотный слой облаков. Последующие наблюдения на JWST все прояснят. Но все равно впечатляет, что спектры получают для планет меньше Земли.
Планеты у красных карликов в зонах обитаемости - самые легкие цели для поиска биомаркеров (у аналогов Солнца атмосферы планет исследовать труднее). Поэтому они привлекают внимание. Есть много аргуметов за и против появления и выживания орагнизмов на таких планетах (основные работы суммированы во введении обсуждаемой статьи). Авторы рассматривают еще один аспект.
Есть мнение, что столкновения астероидов с Землей в эпоху уже после формирования Луны сыграли важную роль в создании условий для появления жизни. Так вот, авторы показывают, что у М-карликов с этим проблемы. Там трудно рассчитывать на появление пояса астероидов, анаогичного тому, что есть в Солнечной системе. Поэтому, полагают авторы, вероятность появления жизни на планете земной массы в зоне обитаемости у красного карлика довольно мала. Печально. Посмотрим, что дадут наблюдения.
За последнюю пару лет было обнаружено несколько планет у массивных звезд (массы под 10 солнечных). Это неожиданно, потому что мощный поток излучения препятствует формированию массивных планет. При этом, планеты обнаружены массивные, да еще и очень далеко от звезды. Это привело к мысли, что они возникли во внешних частях диска за счет его неустойчивости. Такое уже более вороятно, но все равно... Поэтому авторы анализируют еще одну идею.
А что если планеты там не образовывались?
Авторы рассматривают модель, в которой массивные звезды захватывают планеты,
образованные в соседних системах. Это вполне вероятно, учитывая, что
массивные звезды вообще любят образовываться в тесных группах, да к тому же
открытые планеты вращаются вокруг звезд, находящихся в скоплениях.
Моделирование показывает, что такой сценарий может сработать. И уж точно может объяснить заметную долю планет у массивных звезд.
Авторы анализируют большую выборку планет, обнаруженных у красных карликов. Показано наличие трех популяций: железно-каменные, ледяные и планеты с протяженными атмосферами. Четкое разделение удается продемонстрировать, оперируя с распределением по плотности. Ранее в основном работали с радиусами планет - и там все более "размыто".
В очередной раз оценивается статистика потенциально обитаемых планет в зоне обитаемости. Рассмотрены только звезд классов F, G, K. У аворов получается, что такие планеты встречаются у 10-20% звезд, примерно как и в других работах. Конечно, землеподобность и попадание в зону обитаемости еще ничего не гарантирует (и мы не знаем, что гарантирует, кроме прямых данных по составу атмосферы).
Начиная с этого лета стали появляться работы, в которых данные Gaia используют для изучения известных экзопланет, или даже для попыток открыть новые (см. arxiv:2209.05595 и arxiv:2206.05439).
Автор использует данные Gaia вместе с данными по вариации лучевых скоростей примерно для десятка систем. Системы хорошо изученные. Поэтому речь идет скорее о тестах, понимании того, как работает Gaia и соответствующие алгоритмы анализа данных и тп.
По всей видимости, после DR4 поток работ (и открытий), связанных с экзопланетами резко вырастет.
На мой взгляд, в ближайшие лет 10 начнется очень активное взаимодействие
астрономов, изучающих атмосферы экзопланет, и геофизиков, занимающихся
земной атмосферой и климатом. Появление новых инструментов (пока это JWST,
затем прибавится ELT, затем - Ariel, а уже сильно позже - ближе к середине
века, - или HabEx, или LUVOIR, или Origins) позволит довольно детально
исследовать атмосферы множества экзопланет, в том числе земного типа.
Соответственно, потребуются модели атмосфер, работающие в широком диапазоне
параметров. Это не может не привести к тому, что исследования в области
атмосфер и климата станут более разнообразными, интересными, сложными и
т.д. Эта область исследований, переживая период бурного роста, станет очень
притягательной. А это, в свою очередь, приведет к росту числа исследований.
Итогом, в частности, будет появление более точных моделей земного климата.
В общем - симбиоз и междисциплинарность на марше!
Данная статья может являться достаточно ранним примером того, как оно
примерно будет происходить.
Авторы используют модель, изначально предназначенную для Земли, расширяя диапазон параметров и рассчитывая свойства экзопланет земного типа в применении к будущим наблюдениям на инструментах типа HabEx или LUVOIR. Данные с подобного космического телескопа позволят тестировать (а, значит, и совершенствовать) такие модели. HabEx должен позволить изучать облачный покров и годичные вариации метеорологических свойств. В общем, будет интересно (и полезно для понимания изменений климата на Земле).
Известно много экзопланет в двойных системах. Вообще, они там довольно часто встречаются. Но есть еще тройные, четверные и т.д. В статье представлен первый каталог планет в системах высокой кратности (начиная с тройных). Пока там около 30 тройных и несколько четверных систем, в которых наблюдается около 40 планет.
Я не большой сторонник специального поиска следов присутствия человечков, но не все разделяют мою точку зрения. Наверное, это и хорошо, и правльно. В обзоре суммируется, что и как можно искать сейчас и в ближайшем будущем (лет 30 тому вперед). Из любопытного (что не на слуху) - следы техномаркеров в атмосферах.
В общем, с образовательными целями полезно почитать.
Авторы анализируют данные большого обзора по наблюдению микролинзирования и приходят к интересным выводам.
Как известно, кроме планет, обращающихся вокруг звезд, есть свободно-летающие планеты. Часть из них (самые массивные) могли образоваться сами по себе, как бурые карлики. Часть должна была формироваться в планетных системах, а затем выбрасываться в результате взаимодействия (в частности, межзвездный астероид Оумуамуа именно так и появился). Возникает вопрос: а каких планет больше - связанных или свободных?
Ответ мы так и не знаем, но данная статья дает хорошие аргументы в пользу того, что свободно-летающих планет больше. Собственно, результат состоит в том, что в события линзирования заметный вклад вносят легкие (планетных масс) объекты, причем в таких событиях мы не видим эффект от присутствия звезды (такие события и линзирование на звездах как раз и разделяет "эйнштейновская пустыня"). Если все такие события приписать свободно-летающим планетам, то они получаются более многочисленными, чем планеты, оставшиеся в системах.
Есть, правда, одно "но". По имеющимся данным трудно, практически невозможно, отличить планету на широкой (более 10-15 а.е.) орбите от свободно-летающей. Так что, если большинство планетных систем похожи на Солнечную, где есть Уран и Нептун, то основную долю зарегистрированных событий можно объяснить ими. Правда, есть основания думать, что в этом смысле Солнечная система не типична. И тогда свободно-летающие планеты на коне.
Т.о., несмотря на очень интересный и важный результат вопросы остаются. Но, видимо, в ближайшие годы (с запуском телескопа Роман и вводом в строй других установок) с этим все-таки разберутся.
В статье подробно рассматривается метан как биомаркер, в первую очередь для бескислородных атмосфер. Ленивые могут прочитать только 8ю страницу статьи. Краткое резюме. Убедившись в том, что атмосфера землеподобной планеты бескислородная, а сама планета получает необходимую энергию от звезды, надо не только обнаружить метан, но и измерить количество CO2, CO и H2O, чтобы сделать вывод о биогенном происхождении метана. Маловероятно, что JWST справится со всеми этими задачами сразу. А вот с участием ELT - уже вполне возможно.
Обнаружен околопланетный диск у массивной планеты (11 масс Юпитера), обращающейся на широкой орбите (почти 1000 ае) вокруг звезды SR 12. Это не первый диск, но пока их обнаружено крайне мало, поэтому любой представляет большой интерес. Именно в таких дисках потом могут формироваться системы спутников планет (включая массивные).
"Со дна постучали". Внутри орбиты горячего юпитера (орбитальный период - неделя) обнаружено нечто вроде сверхземли с орбитальным периодом 1 день. Это всего четвертый подобный случай.
Третья подряд статья (за один день) рассказывает об открытии системы, происхождение которой непросто объяснить. Вопрос в том, как мигрировал сам горячий юпитер. Часто используется сценарий с высоким эксцентриситетом, но в данном случае он не подходит.
Содержательный обзор по методам изучения планет, для которых возможно получение прямых избражений.
Описаны (без деталей) методы получения прямых изображений. Рассказано, какую информацию можно вытянуть, как получают спектры и тп. Конечно, обсуждаются и планы на будущее.
В 1992 г. был открыт первый объект планетной массы вне Солнечной системы. Это была планета, обращающаяся вокруг радиопульсара. Сейчас в этой системе мы знаем три планетных объекта. Система уникальна, и ее происхождение остается загадкой. Известно еще несколько объектов планетных масс у пульсаров, но они все по одному, и их происхождение, видимо, радикально отличается от первой пульсарной системы.
Авторы предприняли едва ли не самую крупную попытка найти что-то еще, изучив почти 800 пульсаров. Увы - ничего. Есть кое-какие кандидаты, но обнаруженная квазипериодичность, скорее всего связана с магнитосферными процессами. Авторы выделяют лишь один неплохой кандидат. Но это все равно кандидат.
Все помнят дискуссии о том, что называть экзопланетой. В итоге, согласно решению Международного астрономического союза (МАС) Плутон был переведен в класс карликовых планет. Нечто аналогичное надо сделать и для экзопланет. В статье авторы представляют рабочее определение МАС по этому поводу. Оно было сформулировано комиссией F2 по экзопланетам и Солнечной системе. Важно, что объект должен вокруг чего-то вращаться (включая черные дыры, бурые карлики и тп.). Верхний предел масс - 13 масс Юпитера. А нижний определяется, как в Солнечной системе (по очистке орбиты). Планета должна быть, как минимум, примерно в 25 раз легче центрального тела. Механизм формирования не имеет значения.
В архиве появилось множество прекрасных обзоров из очередного сборника Protostars and Planets. Написать обо всех было бы здорово - но никакого времени не хватит даже бегло их просмотреть. Выделю тот, который носит, как мне показалось, наиболее общий характер, суммируя новые наблюдательные факты в контексте моделей формирования планет.
Отмечу также еще три статьи. В обзоре arxiv:2203.10007 рассмотрены ОВ ассоциации в контексте экзопланет. Статья arxiv:2203.10066 посвящена кратности звезд с экзопланетами. Наконец, в arxiv:2203.09595 речь идет о взаимодействии планет с протопланетным диском.
У Проксимы Центавра заподозрили существование еще одной планеты.
Новый кандидат очень легкий (0.2-0.3 массы Земли) и короткопериодический (5 дней). Выявили его по наблюдениям вариации лучевой скорости звезды с помощью прибора ESPRESSO на VLT.
Заметим, что это, по сути, уточнение более раннего результата. Т.е., о возможности существования легкой планеты на тесной орбите начинали свидетельствовать и более ранние наблюдения. Теперь данных больше, точность выше. Но все рано надо наблюдать еще, чтобы добиться более надежного подтверждения.
Впервые удалось непосредственно доказать, что белый карлик именно аккрецирует вещество разрушенной планеты или астероида. Ранее было много примеров, когда или выдели четкое "загрязнение" атмосферы белых карликов внешним веществом, или наблюдали присутствие самого внешнего вещества. Теперь добавлен еще один элемент картины.
С помощью рентгеновских наблюдения на Чандре авторы смогли увидеть (еле-еле! 4.4 сигма) излучение, связанное с аккрецией. Наверное в будущем Athena будет видеть больше подобны случаев. Это важно для понимания процессов во внешних слоях белых карликов.
Красивый результат (хотя 3 сигма - это еще недостаточно много).
Если планета находится близко от звезды, то они начинают сильно влиять друг на друга приливным образом. Это приводит к ряду эффектов, в частности - к деформации планеты. Было бы очень здорово это увидеть и измерить, потому что это один из неммногих доступных способов что-то дистанционно узнать о внутренних свойствах планет.
Выявить деформацию можно разными способами. Некоторые из них не совсем прямые и связаны с редким сочетанием параметров. Но есть довольно наглядный простой способ - наблюдение транзитов. Если вы сравним, как идеально сферическая и эллипсоидальная (деформированная) планета "наезжает" на диск звезды, то увидим, что транзитные кривые блеска будут разными. Различие небольшое, поэтому его трудно заметить - но оно есть! И вот впервые на уровне лучше 3 сигма это удалось измерить (до этого было одно измерение на уровне около 2 сигма).
Речь идет о планете WASP-103b, которую наблюдали на CHEOPS, а потом на Хаббловском телескопе. В итоге удалось выявить искомый эффект и измерить степень сжатия.
Результат еще предстоит уточнять и проверять (есть некоторые вопросы, например, не удалось измерить уменьшение орбитального периода за счет приливных потерь энергии). Тем не менее, кажется, что результат устоит. Т.е., у нас появился новый способ "зондирования" недр экзопланет.
Авторы провели очень детальный анализ кеплеровских данных для поиска спутников экзопланет. На первом этапе было выделено 70 планет, наиболее подходящих для поиска спутников. Затем, собственно, очень сложной обработкой - искали. Выделен один кандидат: Kepler-1708 b-i. Значимость авторы оценивают в 4.8 сигма. Т.е., нужны дополнительные наблюдения. Нет сомнений, что для этого будут использованы крупные инструменты, в первую очередь - Хаббл.
Разумеется, пара планета-спутник необычная. Планета-то газовый гигант, тут все ясно. А вот спутник. По сути - это тоже планета. Радиус оценивается в 2.6 земных. Т.е., это сверхземля (или мини-Нептун).
Снова про важность комплексного подхода. Система TOI-561 становится одной из самых изученных, потому что есть фотометрия от CHEOPS и TESS и спектры (вариация радиальной скорости звезды) - от HARPS-N. В системе надежно известно 4 планеты. Для всех них удается хорошо измерить массы и размеры. Плюс, заподозрена еще одна (по вариации лучевой скорости) - долгопериодическая. Точные одновременные измерения массы и радиуса позволяют с большей надежностью применять модели внутреннего строения планет.
Планеты, близкие к своим звездам, возбуждают в них приливы. Это приводит к уменьшению орбиты поланеты. Пока такое наблюдается только в одном случае - WASP-12. В данной статье новые данные TESS используются для уточнения параметров уменьшения орбиты.
TESS закончил свою основную двухлетнюю программу. Но поскольку аппарат продолжает хорошо работать, то реализуется расширенная программа исследований экзопланет. В рамках этой работы и наблюдали WASP-12.
Интересная планета. Масса - половина земной, радиус - 0.7 земного. Плотность получается, как у Меркурия. Орбитальный период 7.7 часов. Вращается вокруг близкого (а потому довольно яркого - почти 10я звездная величина, расстояние же равно 10 пк) красного карлика.
У массивных звезд трудно искать планеты. Кроме того, кажется, что они и встречаться-то там могут редко. Но важно выяснить частоту встречаемости по данным наблюдений. Поэтому есть специальные проекты, по поиску планет у В-звезд. И вот в рамках одного такого проекта (BEAST - B-star Exoplanet Abundance Study) сделано интересное открытие.
Наблюдали звезды ассоциации Скорпион-Центавр. Бета Центавра - двойная, находящаяся на расстоянии 100 пк от нас. Система состоит из звезды с массой около 6 солнечных, а второй компонент раза в два полегче. Это молодая система (как и все в ассоциации Скорпион-Центавр), поэтому планеты ищут просто по прямым изображениям.
Обнаруженный объект имеет массу около 11 юпитерианских (т.е., еще чуть-чуть и был бы бурый карлик). Планета обращается по орбите вокруг обеих звезд системы на расстоянии около 560 а.е. от центра масс. Соответственно, орбитальный период составляет несколько тысяч лет.
Понадобилась пара лет, чтобы убедиться, что наблюдатели видят именно планету, а не фоновый источник (таковые там тоже есть на снимке). Связь планеты со звездной системой устанавливается по общему собственному движению. Наблюдения велись на VLT.
Интересно понять, как планета образовалась. Но тут пока одни гипотезы.
Авторы использовали небольшой (1.88 метра) японский телескоп с хорошим спектрографом, для наблюдений звезд-гигантов. Итогов стало обнаружение девяти экзопланет. Хотя у гигантов уже известно около полутора сотен планет, это важный результат, потому что планеты открыты по вариации лучевой скорости.
Звезды имеют массы 1-2 массы Солнца. Планеты, конечно, являются газовыми гигантами. Звезды находятся в основании ветви гигантов.
На расстояниях 100-200 пк от Солнца есть несколько известных областей звездообразования, а также мест, где недавно активно формировались звезды, и теперь там мы видим много молодых объектов. Один из таких "детских садов" - ассоциация Верхний Скорпион (Upper Scorpius). Расстояние от нас всего лишь 120-145 пк. Соответственно, там можно искать молодые газовые гиганты по прямым изображениям. В данной статье речь идет об одиночных планетах.
Молодые планеты с массой несколько юпитерианских неплохо видны со 100 пк, потому что светят они не отраженным светом, а собственным. Первые десятки миллионов лет своей жизни массивная газовая планета сжимается - выделяется много энергии. В результате внешние слои нагреты до пары тысяч кельвин. Основная проблема: отличить планеты от бурых карликов. Граница проходит по 13 массам Юпитера. Но чтобы по фотометрии получить оценку массы надо точно знать возраст, а это обычно нелегко. В случае звездных ассоциаций неопределенность несколько уменьшается.
В результате поисков авторы смогли выделить около сотни одиночных газовых гигантов с массами от 7 юпитерианских и выше. Это самая большая выборка. Звездное население ассоциации известно достаточно хорошо, поэтому можно рассуждать, откуда же взялись эти планеты. И тут начинается интересное. Одиночных планет слишком много, чтобы просто объяснить их объектами, родившимися в рамках обычного сценария формирования в протопланетном диске, а затем выброшенными из материнских систем. В статье обсуждается несколько дополнительных вариантов формирования одиночных планет (гравитационная неустойчивость во внешних частях протопланетного диска, фотоиспарение формирующихся "зародышей" звезд близкими массивными звездами, выброс звездных эмбрионов до того, как они успели набрать массу). Очевидно, что стоит ждать нескольких детальных моделей, объясняющих эту популяцию.
Наблюдения транзитов нередко подбрасывают интересные загадки. Вместо аккуратных, регулярных, все время одинаковых транзитов экзопланет наблюдается черти что. Вот еще один любопытный пример.
Система TIC 400799224 - двойная. И с периодичностью почти 20 дней в ней наблюдается что-то странное. Очень "кудрявые" транзиты с меняющимися свойствами. Авторы обсуждают разные варианты, но в целом ясно, то вокруг одной из звезд (какой - непонятно) вращается нечто, что выбрасывает пыль. Пыли много - на астероид. Скорее всего, происходят столкновения крупных твердых тел.
Наверное, какая-то ясность появится, когда источник поизучают на старых снимках (еще на пластинках). Тогда можно будет понять, как он ведет себя на достаточно большой масштабе времени.
Любопытно,ч то объект яркий. Поэтому его видят не только не TESS, но и на любительских телескопах. В соавторах статьи есть любитель астрономии из Петрозаводска.
В последние годы активно стали изучать белые карлики, в чьих спектрах обнаруживаются тяжелые элементы. Дело в том, что из-за большого ускорения свободного падения тяжелые атомы должны быстро "тонуть" в легких. А стало быть, видим мы их потому, что они недавно туда попали. Т.е., идет какой-то процесс загрязнения (или, если угодно, обогащения). Процесс, очевидно связан с аккрецией вещества. Это вещество проще всего брать из разрушаемых тел планетных и более мелких размеров. Вот это-то и изучается.
Авторы детально рассматривают, как астероиды разрушаются, как орбиты получившихся осколков потом эволюционируют, как разрушение доходит до пыли, и, наконец, как пыль выпадает на белые карлики. Схема получается довольно витиеватая. Авторы пишут, что универсального сценария нет, но все основные варианты они рассмотрели.
Возможно впервые надежно обнаружена пара белый карлик - планета-гигант.
В начале было гравитационое линзирование. Событие MOA-2010-BLG-477Lb явно соответствовало пара звезда-планета. Масса звезды оценивалась в 0.4-0.6 солнечных. Это не так уж мало, тем более, что по расчетам линза не очень далеко (2 кпк). Поэтому авторы предприняли попытку увидеть этот объект на Keck II. Но ничего не обнаружилось. Единственный вариант - тело является белым карликом. Спутник - планета с массой 1-2 юпитерианских. Расстояние звезда-планета в проекции на небо 2-3 а.е.
Небольшой полезный обзор по формированию планет. Рассмотрены и разные модели, и проблемы, и перспективы, и связь теорий с данными наблюдений. Все просто - словами, - с кучей ссылок.
Однако полезен-то обзор, несмотря на свою простоту, будет тем, кто уже знает основы. Мы, например, будем рекомендовать его студентам в середине нашего курса для закрепления общих положений.
Поставлен интересный рекорд: удалось увидеть вариацию лучевой скорости звезды за счет влияния планеты с массой около половины массы Венеры.
Правда, это не открытие планеты - она уже была известна по транзитным данным. Более того, в системе близкого красного карлика L98-59 известно три легкие планеты. Для двух из них с помощью HARPS уже были измерены вариации лучевой скорости. А вот для внутренней планеты был только верхний предел на массу. Теперь с помощью ESPRESSO удалось выделить составляющую вариации скорости, связанную и с этой планетой. Ее масса оказалась равной половине массы Венеры.
Авторы указывают, что система L 98-59 является одним из лучших кандидатов для исследования атмосфер планет с помощью JWST.
На мой взгляд, у некоторых астрофизических исследований появляется интересный прикладной аспект - исследование Земли. В самом деле, трудно изучать объект, если он один в своем роде. Но именно в такой ситуации находятся геонауки. Появление большого числа родственных объектов должно помочь существенно продвинутся. Поэтому неудивительно, что уже десятки лет исследования тел Солнечной системы обогащает и геонауки. Но вот появились экзопланеты....
В статье дается обзор взаимных связей между исследованиями Земли и исследованиями экзопланет. Кратко рассмотрены самые разные аспекты. Наибольший интерес, как мне кажется, в ближайшие десятилетия будут представлять сравнительные климатологические исследования. Этому в специальном номере журнала Elements посвящена отдельная статья: arxiv:2108.08386. По всей видимости уже в ближайшие годы изучение атмосфер экзопланет не только потребует использования моделей, разработанных для Земли, но и будут обеспечивать "обратную связь", позволяя тем самым строить более точные климатические модели для нашей планеты. А на масштабе нескольких десятков лет, когда методы наблюдения небольших экзопланет выйдут на новый уровень, наука о климате будет переживать эпоху расцвета.
Авторы использовали большую выборку (>100) двойных звезд, чтобы исследовать, как часто планеты падают на звезды.
Были выбраны пары из двух звезд типа Солнца. Если такая звезда недавно поглотила планету, то будут наблюдаться аномалии в химическом составе. Соответственно, хотя обе звезды в паре сформировались из одного куска протозвездного облака, химсостав будет разным. Именно это и искали. Эффект более заметен у звезд чуть горячее Солнца, поскольку у них тоньше конвективные оболочки. И это видно в данных. Пары с химическими аномалиями чаще встречаются в случае более горячих звезд.
Результаты выглядят интересными и надежными. Некоторые вопросы связаны с ролью двойственности. Ясно, что в молодых планетных системах за счет взаимодействия часть тел может падать на звезду. Но не очевидно, можно ли статистику таких событий в двойных системах переносить на одиночные объекты. Кроме того, есть проблемы с тем, что планеты земного типа (а авторы считают, что видят эффект, связанный именно с такими объектами) могут разрушаться довольно глубоко внутри звезды, и тогда химические аномалии трудно заметить по фотосферным спектрам. Тем не менее, повторюсь, результат крайне любопытный и важный.
Авторы очень детально анализируют данные по выборке из специально отобранных 71 красного карлика. Задача: определить насколько часто у этих звезд встречаются экзопланеты разных типов в некоторых интервалов орбитальных периодов (последнее замечание важно, и его всегда надо иметь ввиду: мы не умеем определять наличие планет "вообще", у нас есть некоторые ограничения на их массу и расстояние от звезды). Поиск ведется по данным о лучевых скоростях.
Во-первых, в целом подтверждаются уже известные тенденции. Легких планет много, массивных мало. Чем легче звезда - тем реже встречаются юпитеры (и горячие, и нет). И т.д. Во-вторых, есть и кое-что новое. Авторы видят больше планет с небольшими (менее 10 дней) орбитальными периодами, чем это получалось в более ранних работах. Почему это так еще предстоит разобраться. Наверное, должны сильно помочь данные TESS.
С помощью новых детекторов на Кеке впервые удалось в высоком разрешении получить спектры всех четырех планет системы HR 8799. Никаких сенсаций нет, но видны линии в спектре (вода, угарный газ), измерены лучевые скорости (что дает данные об орбитальном движении), получены данные по вращению двух планет (для еще двух есть хорошие ограничения). По сути, это демонстрация возможностей нового прибора, но и по науке интересно.
Совсем коротенький обзор по миграции планет. Собрано самое главное (включая итоговые формулы для темпа миграции). А для более детального изучения даны ссылки.
Крайне интересно исследовать остатки планетных систем у белых карликов, и в последние годы появляется много новых данных по этому поводу. Соответственно, растет и число теоретических работ. Поэтому спустя 5 лет после предыдущего обзора по данной теме Димитрий Верас написал новый.
Планетные системы у белых карликов представляют большой интерес, поскольку на них отразилась довольно бурная эволюция звезды, плюс - динамическая эволюция в самой планетной системе. Звезда расширяется, поглощает часть планет. Сбрасывает массу, в результате чего планетные орбиты перестраиваются. Перестройка может запустить динамическую неустойчивость орбит оставихся тел. В итоге, они могут приближаться к звездному остатку, разрушаться, выпадать на его поверхность.
В обзоре описываются как данные наблюдений, так и теоретические исследования.
Авторы рассматривают модель, в которой большие магинтные поля одиночных белых карликов связаны с тем, что их звезда-прародитель поглотила на стадии асимптотической ветви гигантов массивную планету или бурый карлик. В результате внутри звезды возник диск, внутренние части были раскручены, что в итоге приводит к росту магнитного поля.
В самом конце апреля появилась еще одна интересная статья, посвященная возникновению магнитных полей белых карликов. Там показано, что раскрутка белого карлика на стадии кристаллизации ядра может приводить в значительному усилению магнитного поля.
У молодой звезды HD 152384 обнаружен необычный диск. Он компактный - радиус менее 0.3 а.е.Он наклонен к плоскости экватора звезды на 24 градуса. И в нем не видно следов присутствия легких элементов. Такое увидели впервые. Авторы не без оснований полагают, что это результат столкновения двух планет земного типа вскоре после своего формирования (возраст звезды скорее всего в районе 5 миллионов лет).
Авторы обнаружили любопытную систему. Белый карлик входит в двойную систему, причем наблюдаются глубокие затмения карлика небольшим спутником. Анализ показал, что масса спутника примерно 0.06 солнечных. Т.е., это не планета, а бурый карлик.
Авторы надеются, что в будущем они смогут открыть другие системы такого типа, что позволит изучать формирование и эволюцию таких необычных пар.
Авторы рассматривают модель, в которой большие магинтные поля одиночных белых карликов связаны с тем, что их звезда-прародитель поглотила на стадии асимптотической ветви гигантов массивную планету или бурый карлик. В результате внутри звезды возник диск, внутренние части были раскручены, что в итоге приводит к росту магнитного поля.
В самом конце апреля появилась еще одна интересная статья, посвященная возникновению магнитных полей белых карликов. Там показано, что раскрутка белого карлика на стадии кристаллизации ядра может приводить в значительному усилению магнитного поля.
У молодой звезды HD 152384 обнаружен необычный диск. Он компактный - радиус менее 0.3 а.е.Он наклонен к плоскости экватора звезды на 24 градуса. И в нем не видно следов присутствия легких элементов. Такое увидели впервые. Авторы не без оснований полагают, что это результат столкновения двух планет земного типа вскоре после своего формирования (возраст звезды скорее всего в районе 5 миллионов лет).
Авторы обнаружили любопытную систему. Белый карлик входит в двойную систему, причем наблюдаются глубокие затмения карлика небольшим спутником. Анализ показал, что масса спутника примерно 0.06 солнечных. Т.е., это не планета, а бурый карлик.
Авторы надеются, что в будущем они смогут открыть другие системы такого типа, что позволит изучать формирование и эволюцию таких необычных пар.
Большой обзор по экзопланетам. Посвящен он статистическим данным по этим объектам, а также тому, что мы можем из всего этого вынести для лучшего понимания формирования и эволюции разных экзопланет и их систем.
В основном рассматриваются данные Кеплера (потому что их много, и они довольно однородные), а потому фокус на планетах с орбитальными периодами менее года.
За два года основной программы (середина 2018 - середина 2020 гг.) TESS осмотрел 70% неба. За это время было выделено более 2200 хороших кандидатов в транзиты. Они и представлены в каталоге. Кроме того, по данным о кандидатах построено много всяких удобных графиков, демонстрирующих, как планеты TESS соотносятся с уже известной популяцией.
Обзор скорее для специалистов. Под "широкими" подразумеваются орбиты за снеговой линией. Для неспециалистов я бы посоветовал прочесть введение и финальную часть (раздел 7) про планы на будущее.
Небольшой обзор по изучению облаков экзопланет.
Продолжается рост количества данных по атмосферам экзопланет. На мой взгляд, это даже может стать одним из главных "прикладных" направлений, поскольку изучение других атмосфер (не только их свойств, но и их эволюции) важно для развития климатологии. А это, в свою очередь, сейчас более чем актуально. Ибо построение надежных моделей эволюции земного климата важно в глобальном масштабе (геополитика, глобальная экономика и т.д.).
В обзоре обсуждается, что мы можем узнавать о свойствах облаков в атмосферах экзопланет (пока, конечно, совсем не похожих на земную атмосферу), как строятся модели и т.п.
Собственно, из описания все ясно. Новый обзор по горячим юпитерам, охватывающий все основные темы. Есть полезные и понятные картинки.
Обнаружена интересная экзопланетная система у звезды K2-290A.
Звезда, вокруг которой вращаются планеты, входит в двойную систему (даже в тройную, но третья звезда - далеко находящийся красный карлик, поэтому про него можно забыть). Что, собственно, интересно? Ось вращения звезды повернута относительно плоскости планетных орбит на 120-130 градусов. Т.е., по сути, звезда крутится в одну сторону, а планеты - в другую. Важно, что впервые в такой системе наблюдают две планеты, плоскости орит которых практически совпадают.
Причины кажутся понятными. Второй компонент своим воздействием повернул протопланетный диск, где потом и сформировались планеты.
Самая маломассивная планета, открытая с помощью метода микролинзирования. Она почти в 100 000 раз легче своей звезды. Масса звезды 0.3-0.6 солнечных. Планета получается 1.4-3.1 массы Земли. Планета видна в 1.4-3.1 а.е. от звезды.
Очередной небольшой обзор по общим свойствам экзопланет и по ближайшим планам поиска планет, в результате чего существенно возрастет выборка, причем возрастет в недоступной сейчас области параметров.
Если все по плану, то в начале Gaia представит тысячи планет, открытый астрометрическими методами. Затем в 2025 на орбиту выйдет WFIRST (известный теперь как телескоп Роман) и даст множество планет по наблюдениям микролинзирования (безусловно, запуск этого аппарата может отложиться, например, если снова затянется история с JWST). А в 2026 полетит Plato, в результате чего появятся десятки тысяч новых планет, открытых методом транзитов.
Как известно, Юпитер является мощным источником низкочастотного (ниже 40 МГц) радиоизлучения. Естественно, возникает мысль поискать экзопланеты в радиодиапазоне. Тем более, что излучения Юпитера во многом связано с взаимодействием магнитосферы Юпитера с солнечным ветром, а есть планеты, которые подходят к своей звезде ближе - и там можно ожидать более мощное излучение.
Авторы выбради довольно уникальный объект - HD80606b. У этой планеты рекордный эксцентриситет - 0.93. К тому же, она подходит близко к своей звезде. Наблюдения проводились на LOFAR.
Увы, увидеть ничего не удалось. Авторы обсуждают, какие установки в ближайшем будущем смогут надежно зарегистрировать радиоизлучение экзопланет.
Авторы моделируют наблюдения экзопланет на телескопе Вебба. Резюме такое. Юпитеры можно будет видеть на расстояниях далее 30 а.е. Аналоги Сатурна - далее 50 а.е. А планеты с массой 0.1 юпитерианской - далее 100 а.е. Речь идет о молодых планетах в группах бета Живописца и TW Гидры. Конечно, это шаг вперед, по сравнению с современными наземными наблюдениями. Правда, шаг не гигантский, но все же.
С одной стороны, это очередное открытие в череде подобных. С другой, пока таких случаев не так уж много, и не хочется упускать возможность поговорить о том, что растет популяция известных двойных систем, где один из компонентов - бурый карлик, а второй - планета.
Это молодая система, поэтому оба объекта имеют относительно высокую светимость, т.е., оба видны напрямую. Система очень широкая, а потому легко может развалиться в будущем, в результате чего появится свободно летающая (freee-floating) планета. Т.о., подобные двойные - это еще один канал формирования одиночных планет.
Большой обзор по теме.
Авторы начинают с введения, с понятных основ формирования планетных систем, но постепенно переходят к основной части - химии протопланетных дисков и планет. Химии, в первую очередь, в смысле состава. Хотя много внимания уделяется и формированию молекул в облаках и ядрах.
По наблюдениям на ALMA авторы обнаружили набор концентрических структур (колец) в молодом протопланетном диске. Обычно такие образования связывают с формирующимися массивными планетами, но не только. Природа обнаруженных колец пока не ясна. Но как бы то ни было, их наличие в столь молодом диске вызывает интерес. А если это планеты, то, как будут писать в СМИ, "результаты бросают вызов существующим моделям формирования планет".
В атмосферах белых карликов тяжелые элементы быстро оседают, а потому не проявляются в спектрах. Соответственно, когда линии видны - это является следствием недавнего выпадения вещества. Очевидным источником является разрушение планетных тел (включая малые тела). Конечно, на стадии красного гиганта звезда поглощает все объекты вплоть до нескольких астрономических единиц. Но после сброса звездой внешних слоев (и соответствующего уменьшения массы) тела на далеких орбитах могут начать активно взаимодействовать друг с другом. В результате некоторые из них оказываются вблизи "вылупившегося" белого карлика, приливы которого разрушают их - и тогда "загрязняется" атмосфера.
Разрушение тел и выпадение вещества на карлик нередко должно сопровождаться формированием диска. Диски видят редко - было известно всего 8 штук. И тут разом авторы статьи удваивают выборку, представив данные по девяти дискам.
Все это весьма интересно для изучения эволюции планетных систем после того, как звезды превратились в белые карлики.
"Если вы оптимист, то потенциально обитаемые планеты есть у каждой второй звезды, а если пессимист - то у каждой третьей" - примерно так можно суммировать результаты исследований.
На самом деле, есть, конечно, уточняющие детали, поскольку есть некоторая неопределенность в определении частоты встречаемости. Самые оптимисты могут рассчитывать и на три такие планеты у пары звезд. Наоборот, может они встречают лишь у одной из 6-7 звезд. Важно, что это все без учета красных карликов. Так что новости скорее хорошие.
Часто в лекциях говоришь, что "а вот это пока невозможно". Мне нравится читать и рассказывать о новых результатах, которые делают "это" возможным.
В данном случае речь идет о том, что с помощью адаптивной оптики удалось увидеть звезду с экзопланетой, являющуюся гравитационной линзой. Обычно мы приговариваем, что метод линзирования как метод открытия экзопланет, обладает тем недостатком, что есть большие неопределенности в расстоянии и скорости звезды-линзы, и вообще - мы ее не видим. Теперь видим.
Наблюдения с адаптивной оптикой на телескопе Кека позволили выделить звезду-линзу на фоне звезды-источника. Это позволило увидеть смещение звезд друг относительно друга. Теперь есть и расстояние, и скорость, и даже оценка массы (по спектральному классу). Это позволяет радикально уточнить оценку массы экзопланеты.
Красивый и содержательный обзор. Основная тема - визуализация протопланетных дисков и структур в них, особенно структур, связанных с распределением скоростей в диске. Но, чтобы понять, что на изображено картинке, надо описать физику дела. И это понятным образом сделано авторами.
Известно, что планеты могут пережить эпизод, когда звезда выходит на стадию красного гиганта, а затем превращается в белый карлик. Накоплено уже немало свидетельств в пользу того, что у белых карликов есть объекты планетных масс. Но данный результат (если он окончательно подтвердится и снимется слово "кандидат") претендует, все-таки, на термин "впервые".
Впервые у белого карлика обнаружен транзитный кандидат в планеты с юпитерианской массой. При этом планета имеет орбитальный период всего лишь 1.4 дня. Т.е., ей пришлось существенно приблизится к звезде, ведь красный гигант вычистил все вокруг на пару астрономических единиц. Как это произошло - не ясно. Наблюдения проводились на спутнике TESS, а затем на наземных инструментах.
Я бы сказал, что транзит довольно странный для такой системы. Планета намного больше белого карлика, поэтому скорее мы ожидали бы полного исчезновения более массивного объекта при транзите. Однако транзит "скользящий" (grazing), что довольно маловероятно (но не исключено).
Известно, что в диапазоне масс от десятых долей юпитера до сотых масс Солнца размеры тел меняются не сильно. Поэтому, чтобы понять с чем мы имеем дело, надо как-то оценить массу затмевающего тела. Это было сделано непрямым способом - по отсутствию теплового излучения. Если бы это была не планета, а бурый карлик, то следовало бы ожидать заметный поток, но его нет. Тем не менее, можно сказать, что масса определена не очень надежно.
На самом деле, правильнее было бы написать "первый кандидат, открытый не методом микролинзирования". Но как бы то ни было - результат интересный.
Авторы искали транзиты в рентгеновском диапазоне. Речь о рентгеновских двойных системах. Специфика тут такова, что тело размером с Юпитер может полностью закрыть источник. Обнаружить такое можно, даже если источник находится в другой галактике, поскольку речь идет не о падении блеска на доли процента, а о полном исчезновении. Конечно, яркие рентгеновские системы (чтобы там ни писали авторы во введении) не лучшее место для планет. Тем не менее.
Проанализировав более 2 тысяч кривых блеска, полученных на Чандре, для более чем 200 источников в нескольких близких галактиках, авторы все-таки нашли один случай, похожий на транзит. Источник расположен в галактике М51 (Водоворот).
Размер затмевающего объекта - десятки тысяч километров, что похоже на планету. Но также похоже и на белый карлик, красный карлик, бурый карлик. Никаких повторов не наблюдалось (что и не удивительно). По длительности события можно сказать, что если затмевающее тело вращается вокруг тесной двойной, то большая полуось составляет десятки астрономических единиц.
Спутник CHEOPS был успешно запущен в конце 2019-го. Весной были проведены все тесты и калибровки. Началось выполнение научной программы.
В статье не только описан аппарат, его инструменты, разделы научной программы и план наблюдений, но и приведены результаты первых тестовых наблюдений транзитов.
Краткое резюме: все работает хорошо. Так что ждем интересных результатов.
Коллаборация OGLE представила потрясающий результат. Они зарегистрировали самое короткое событие микролинзирования: длилось менее часа. Анализ показал, что (с учетом неизвестного расстояния до линзы) наилучшим образом данные описываются, если линзой является объект с массой порядка массы Земли или Марса. Поиск возможной материнской звезды ничего не дал. Так что наиболее вероятно, что это одиночная планета, выброшенная из системы, в которой возникла. Хотя, конечно, возможны и другие интерпретации. В частности, наверняка появятся люди, которые скажут, что это первичная черная дыра :) (в самое статье такая возможность даже не упоминается).
Авторы анализируют, по сути, область обитаемости в Галактике, с учетом ее (Галактики) эволюции. В Галактике то сверхновые вспыхивают, то гамма-всплески, то еще что-нибудь, что не полезно для жизни (о влиянии гамма-всплесков на обитаемые планеты см. свежую статью arxiv:2009.14078). Соответственно, авторы ищут "время и место", где и когда эти факторы реже проявляются. Я бы сказал, что статья интересна тем, что там на количественном уровне разбираются мощные транзиентные явления и анализируется эволюция темпа их появления. Т.е., у статьи большой образовательный потенциал. И тут крайне важна "приманка" в виде интересного вопроса о выборе идеального времени и места.
Впервые по данным астрометрических радионаблюдений выявлен хороший кандидат в экзопланеты. Вообще, по астрометрии открытых экзопланет считай что и нет. Все ждем результатов от Gaia. А тут отличный кандидат, да еще в радио!
Конечно, речь не идет о том, что сама планета видна в радиодиапазоне. Наблюдалась звезда и определялось ее положение, что в радио можно делать очень точно, благо использовали VLBA.
VLBA (Very Long Baseline Array) - это несколько телескопов, разбросанных по США и работающих вместе как интерферометр. Исследовавшаяся звездочка находится в 10 пк от нас и имеет массу прямо на границе между бурыми карликами и звездами (0.06-0.08 масс Солнца). НАблюдения велись полтора года. В итоге, было обнаружено смещение положения звезды, указывающее на периодическое движение с периодом около 220 дней.
Масса планеты примерно как у Сатурна, но находится планета всего в 0.3 а.е. от звезды. Это, как отмечают авторы, учитывая, что мы имеем дело с маленьким красным карликом, ставит некоторые вопросы перед моделями образования.
Результат, конечно, надо еще проверять и уточнять. Здесь могут помочь оптические измерения вариации лучевой скорости. Через пару лет ситуация должна окончательно проясниться.
Появилась серия статей бернской группы, посвященная новой детальной модели популяционного синтеза планетных систем (две другие статьи: arxiv:2007.05562 и arxiv:2007.05563).
Новая модель не только детальнее ранних, но и включает в себя расчеты эволюции на больших масштабах времени.
Об образовании планет см. также статью arxiv:2007.06659 и обзор arxiv:2007.07890
На VLT идет программа поиска планет у молодых звезд типа Солнца. Молодых - потому что такие планеты проще увидеть, пока их собственная светимость высока, ведь речь идет о прямых изображениях.
У звезды TYC 8998-760-1 обнаружена уже вторая планета. Причем, обе имеют орбиты с очень большой полуосью. У ранее обнаруженной расстояние от планеты до звезды в проекции составляет 160 а.е., а у новой - аж 320 а.е. Эксцентриситет орбит неизвестен. Если он не мал, то орбиты неустойчивы на большом (миллиарды лет) масштабе времени. Возможно, в системе есть и другие большие планеты.
Все это очень интересно по ряду причин, начиная от вопроса "как планеты попали на такие орбиты?"
Будущий космический телескоп WFIRST недавно был переименован в честь Нэнси Грейс Роман. В данной статье рассматривается сколько одиночных планет разных масс этот инструмент сможет зарегистрировать через микролинзирование.
Ответ - не так уж много, где-то 250, из них штук 60 с массами меньше земной. Статья интересна, на мой взгляд, краткой сводкой ожиданий по статистике одиночных планет разных масс.
Пока не открыто ни одного спутника экзопланеты. Что и не удивительно - нужна существенно более высокая точность наблюдений. Авторы обсуждают один из возможных подходов, который позволяет надеяться на успех уже при существующем уровне.
Речь идет о методе вариации времени транзита (TTV). Из-за гравитационного влияния невидимого объекта транзит наступает, то раньше, то позже, а также может меняться его длительность (TDV - transit duration variation). Таким методом открыто много планет. Здесь же он применятся для поиска экзолун.
Авторы сразу отмечают, что таким сопособом было бы проще обнаружить Луну у Земли. В своей работе они выделяют из кеплеровских данных шесть кандидатов - планет с TTV, которые могут объясняться влиянием спутников. Пока это кандидаты - нужны новые ряды наблюдений.
У одной из самых близких звезд, находящихся на стадии до Главной последовательности обнаружена экзопланета. Сама экзопланета вполне заурядная - теплый нептун, да и звезда тоже - красный карлик. Но все вместе!
Про близость к нам уже сказано - это важно, т.к. проще наблюдать детали. Далее. В системе еще есть осколочный диск, поскольку система молодая. Причем, диск виден почти с ребра. В системе наблюдаются выбросы пылевых сгустков и кое-что еще. Планета явно мигрировала. И для планеты, кроме измерений радиуса по транзитам, наблюдавшимся на TESS и Спитцере, измерен верхний предел на массу по вариации лучевой скрости звезды. Все это вместе позволяет продвинуться в изучении формирования и ранней эволюции планетных систем.
Не удивительно, что вместе со статьей, рассказывающей об открытии, в Архиве сразу же появилось много работ, посвященных AU Микроскопа и ее планете. Уже удалось изучить много всего, связанного с этой планетой. Так что скоро и теоретики подтянутся.
Описан проект относительно небольшого спутника для изучения экзопланет. В этом году должен появиться очередной астрофизический Decadal survey, поэтому все активизировались в последние пару лет.
Идея состоит в спектроскопии высокого разрешения от УФ до ближнего ИК включительно для нескольких десятков близких ярких звезд (до 10 величины). Для этого все равно понадобится полутораметровое зеркало. Это позволит получать спектры, по которым можно обнаружить вариации лучевых скоростей, вызываемые планетами земной массы.
Разумеется, поскольку речь идет о телескопе, то у него будут возможности наблюдать и другие объекты,а аткже, получать дополнительную информацию при наблюдениях с целью изучения экзопланет. Здесь в первую очередь речь идет об изучении звезд вообще, и об об астросейсмологии, в частности.
Текста с картинками там всего полсотни страниц. Некоторые технические детали можно пропускать. Прочтите - довольно интересно. Но при том важно понимать, что есть и куча других интересных идей. И реализовать удастся лишь часть. Продвижение космических проектов в астрофизике - безумно конкурентная среда. Не зря, я думаю, эта группа придерживала архивную публикацию до дня, когда они выложили статью в Nature и кучу сопутствующих статей в разных журналах по AU Микроскопа. Это все помогает продвигать проект.
Авторы используют данные Кеплера и Gaia, чтобы рассмотреть, как планетные параметры связаны со свойствами звезд. В выборку вошло около 3000 звезд и чуть больше планет (поскольку у одной звезды может наблюдаться более одной планеты).
Какие-то полученные зависимости безусловно отягощены эффектами селекции. но, например, очень ярко показано, что провал в распределении планет по радиусам (соответствующий переходу от сверхземель к мини-нептунам) присутствует при всех массах звезд. Но при этом точное положение провала зависит от массы звезды (чем массивнее звезда - тем большим радиусам планет соответствует провал).
Есть и другие результаты, которые не требуют детального учета эффектов селекции, а потому могут достаточно надежно делаться по имеющимся данным. В частности, больше стало планетных кандидатов в зонах обитаемости.
Мое внимание периодически привллекают работы (выделю здесь деятельность группы Бердюгиной), посвященные возможному построению карт потенциально обитаемых планет с помощью телескопов следующего поколения. Это одна из них.
Собственно, статья посвящена методу обработки данных. Интересно, что автор применяет методику к наблюдениям Земли из точки L1 с помощью инструмента DSCOVR.
У яркой звезды Фомальгаут уже давно открыли нечто, что выглядело, как планета. Но не совсем (источник слишком яркий в оптике, при том, что он не может быть массивной молодой планетой, что следует из верхнего предела на ИК-поток). Поэтому было заподозрено, что это пылевое облако, возникшее в результате столкновения массивных тел. Кажется, в этом вопросе появляется ясность.
Анализ многолетних наблюдений на Хаббле показывает, что источник расширяется и слабеет, т.е. ведет себя, как облако. Кроме того, анализ его траектории также говорит в пользу формирования в результате столкновения. Столкнуться должны были массивные тела - километров по сто размером, а то и поболее..... Причем столкновение должно было произойти недавно. Видимо, система Фомальгаута недавна претерпела динамическую неустойчивость (например, такую как в молодой СОлнечной системе, что привело к ПОздней тяжелой бомбардировке).
В некоторых случаях интенсивное взаимодействие звезд с планетами может происходить уже на стадии красного гиганта или асимптотической ветви. Если планета массивная, то она может способствовать сбросу звездой-гигантом внешней оболочки. Это, в свою очередь, повлияет на форму туманности, формирующейся вокруг.
Авторы рассматривают шесть систем звезда-планета, используя код MESA. Показывается, что в одном случае сброс оболочки произойдет еще на стадии красного гиганта. В результате образуется гелиевый белый карлик. Еще в одной системе сброс оболочки случится на стадии асимтотической ветви. В этом случае можно получить эллиптическую оболочку в планетарной туманности вокруг медленно вращающейся звезды. Без планеты следовало бы ожидать лишь сферически симметричное распределение вещества планетарной туманности.
Фактически - это небольшая книга. Посвящена она достаточно полному рассказу о свойствах Солнечной системы, но в уме авторы постоянно держат экзопланетные системы, так что периодически обсуждается, как данные по Солнечной могут быть приложены к ним.
Рассмотрены и свойства отдельных объектов, и история формирования, и эволюция, и нерешенные вопросы. Отдельный раздел все-таки посвящен экзопланетам, чтобы в явном виде прокинуть связку от свойств тел СОлнечной системы (и процессов в ней) к внесолнечным телам.
После того как планетная система в общем и целом сформировалась, в ней летает много "строительного мусора". Столкновения этих тел приводят к формирования большого количества пыли, что наблюдается в виде т.н. остаточных (или осколочных) дисков.
В статье представлены результаты большой кампании по наблюдениям таких образований с помощью прибора Gemini Planet Imager (разумеется, на телескопе Джемини).
В обзор вошло 104 звезды с инфракрасным избытком. Удалось в деталях рассмотреть 26 остаточных и три протопланетных диска (некоторые диски собственно открыты по результатам этих наблюдений). Кроме того, в ряде случаев удалось померить поляризацию.
В статье много красивых картинок с дисками, но самое главное, конечно, что теперь у нас есть гораздо более объемная информация по свойствам молодых (менее нескольких сотен миллионов лет) планетных систем.
Впервые показано наличие химического градиента между ночной и дневной стороной планеты.
Наблюдался ультрагорчий юпитер WASP-76b. В точке полудня температура около 2000К (замечу, что из-за ветров и вращения точка максимума температуры немного сдвинута по вращению от полуденной). На дневной стороне железо находится в атомарной форме FeI, а на ночной - в молекулярной. Это показывает детальный анализ спектров (советую посмотреть очень понятный рисунок 3 в статье). Поглощающие области вблизи восточного и западного лимбов в моменты захода планеты на диск звезды и схода с него движутся относительно земного наблюдателя с разной скоростью. Кроме того, в момент захода на диск мы видим на лидирующем лимбе область раннего утра (на логоняющем - позднего вечера), а при сходе с диска - на лидирующем предутреннюю (и на догоняющем предвечернюю). Соответственно, можно определить, какие области вносят вклад в формирование линии атомарного железа. Видно, что на ночной стороне атомарного железа нет.
У нескольких звезд за прошедшие годы удалось показать наличие комет. Это делается, в первую очередь, по спектральным наблюдениям. Речь идет не которой форме транзитов. Комета, разумеется, не может сильно ослабить полный блеск звезды. А вот в узкой спектральной илнии - может. Т.е., ищут появляющиеся и исчезающие (или даже постоянные - ведь за короткое время наблюдений кометы обычно мало смещаются относительно звезды) линии поглощения, связанные с элементами, присутствующими в головах комет.
Авторы решили сильно увеличить количество известных звезд с экзопланетами. На телескопах 2-метрового класса они провели наблюдения 117 звезд разных спектральных классов и для 60 из них выявили присуствие постоянных линий поглощения, в десятках случаев их можно связать с холодным газом в окрестностях звезды, и 16 - переменных (как у бета Живописца - классического примера звезды с кометами), которые часто связаны с газом в непосредственной окрестности звезды. Не все эти случаи новые, но по большей части - это так.
В обзоре обсуждается, как в ближайшем будущем по спектральным наблюдениям атмосфер экзопланет можно будет изучать их физические и химические свойства. Это не тривиальная задача, т.к. по отдельным наблюдениям (например, глубина и ширина линии поглощения, связанной с какой-то молекулой) нужно будет переходить к химическому составу атмосферы, свойствам облаков, изменению параметров с глубиной и т.д. Т.е., нужны всякие модели и алгоритмы, которые свяжут данные наблюдений с комплексом параметров. Все это бросает ученым вызовы. Вот о них и речь. Но, конечно, есть и краткий экскурс в историю (благо, она короткая: первые наблюдения появились около 15 лет назад) и современные методы. Но важно, что с вводом JWST, ELT и других инструментов у нас появятся новые возможности, а значит и новые сложности и задачи.
Большой обзор, касающийся всех основных вопросов, связанных с теорией образования планет, и при этом написанный ведущими специалистами в данной области.
Кроме обсуждения теорий в обзоре, конечно, приводится много фактических данных.
В статье приведены новые результаты по поиску планет в двойный системах и дан небольшой обзор состояния дел в этой области. Новые результаты говорят, что, исключая самые тесные двойные, доля звезд с планетами примерна такая же, как для одиночных.
Интересно отметить, что чаще всего не планету обнаруживают в известной двойной, а открыв экзопланету, и продолжив изучение системы, выясняют, что звезда имеет компаньона.
Заметную долю объема статьи занимают таблицы с параметрами звезд и планетных систем.
См. также arxiv:2002.12006. В этой статье обсуждается формирование и эволюция планет в двойных системах. С точки зрения "научно-популярного" прочтения эта статья будет даже интереснее, на мой взгляд.
Очередное изложение проекта по осуществлению наблюдательной миссии, в рамках которой Солнце выступает в роли гравитационной линзы, и аппарат получает (очень сложным методом) изображение экзопланеты с высокой степенью детализации.
У проекта много проблем, и вряд ли он будет осуществлен в обозримом будущем. Во-первых, просто технически трудно получить сколь-нибудь приемлемое изображение. Во-вторых, аппарат должен находиться далеко - примерно в 700 а.е., - от Солнца. Это сразу все усложняет и удорожает. В-третьих, практически невозможно использовать аппарат для исследования нескольких целей. Поэтому, видимо, должно пройти несколько десятилетий, прежде чем что-то подобное можно будет попробовать усуществить. Но читать про это интересно!
Основной задачей TESS является поиск землеподобных планет в зонах обитаемости у красных карликов. И вот первый результат. Материнская звезда - красный карлик с массой 0.4 солнечных. Расстояние - 31 парсек. TOI-700d - планета с радиусом 1.1-1.3 земных имеет орбитальный период 37 дней (в системе есть еще две небольшие планеты, но они находятся ближе к звезде - и там жарко). Авторы указывают, что это пока не выглядит как идеальная цель для JWST.
См. также arxiv:2001.00954, в которой рассматриваются наблюдения системы на Спитцере, и arxiv:2001.00955, где проведен анализ возможных условий на планете.
В последние годы, как благодаря миллиметровым наблюдениям (ALMA), так и благодаря оптическим телескопам (Хаббл, VTL, Subaru, ...) появилось множество данных по протопланетным дискам. В статье дается обзор полученных результатов по структурам в дисках: кольца, спирали, .... Важно. что в обзоре рассматриваются связи свойств дисков с их окружением и зависимость от параметров звезды. Также приводятся полученные данные по эволюции (в том числе - миграции) частиц в диске. В основном автор основывается на данных ALMA.
Обычно протопланетные диски существуют лишь несколько миллионов лет (в среднем, у более массивных звезд меньше, у менее массивных - слегка дольше). Авторы ищут (с участием citizen scientists) "долгоживущие" диски у маломассивных звезд. Ищут и находят. И называют их "диски Питера Пэна", поскольку они (диски) долго (около 40 млн лет) "не стареют". Откуда берутся такие диски пока не ясно, авторы обсуждают несколько вариантов (мне нравится приливное разрушение планеты, но есть аргументы против этого сценария, см. статью).
В статье описаны ожидаемые характеристики спутника CHEOPS в смысле собственно получения научных данных: точность фотометрии и тп.
Напомню, что CHEOPS имеет 30-сантиметровый телескоп. Его цель - высокоточная фотометрия звезд от 6 до 12 звездной величины, у которых уже зарегистрированы планеты методом измерения вариации лучевых скоростей.
Статья необходима всем, кто планирует использовать данные CHEOPS. Спутник начинает свою научную работу, которая продлится минимум до 2024 года.
В науке нормальной ситуацией является состояние, в котором на объяснение какого-либо процесса или типа объектов претендует несколько моделей. Так в моделях формирования планет конкурируют два принципиально разных сценария. Один - стандартный: планеты начинают свой рост с мелких объектов, все события в основном разворачиваются в окрестности снеговой линии (более активно - сразу за ней). Второй процесс - это формирование планет в результате неустойчивости диска на больших расстояниях (~100 а.е.), затем образовавшиеся сгустки сжимаются, мигрируют ближе к звезде, а по дороге частично или полностью разрушаются. Разумеется, в природе оба процесса могут сосуществовать, и вопрос в том, какой из них важнее для описания тех или иных феноменов.
В статье рассматривается модель формирования планет за счет неустойчивости диска как способ объяснить некоторые парадоксальные, по мнению автора, свойства дисков, наблюдаемых ALMA. Идея автора состоит в том, что многие такие диски "омолодились" за счет разрушения массивных планет, возникших на больших расстояниях от звезды. Эту идею можно проверить, если определить состав дисков, точнее - отношение масс газа и пыли в них.
Можно надеяться, что ближе к середине века появятся космические телескопы, способные достаточно подробно изучать свойства потенциально обитаемых планет. Разработки концепций таких инструментов активно велись последние лет 10-20. Вот некоторый итог.
Миссия HabEx - это 4-метровый телескоп в точке Лагранжа (L2). Предлагается оснастить его и коронографом, и экраном. Второе особенно сложно. Это должны быть 50-метровая конструкция, летающая в нескольких десятках тысяч километров от телескопа (!), и при этом должна быть достигнута точная соосность.
Конечно, проект крайне дорогой, поскольку в него заложено много новых технологий, которые пока не существуют. Оптимистично планируется, что речь идет о 2030х (причем, не о начале этого десятилетия).
Поскольку телескопы не слишком узко специиализированные инструменты, то HabEx будет применяться и для других уникальных исследований: экзопланеты не являются его единственной целью. Планируется, что телескоп будет чувствителен от ближнего УФ до ближнего ИК диапазона (примерно как Хаббл). В некотором смысле, миссия позиционируется как "новый Хаббл". Но в начале надо запустить JWST и WFIRST.
Подчеркну, что речь идет о проекте, который конкурирует с рядом других (о них в Архиве также появлялись 400-страничные обзоры см. в http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/projects.html).
Авторы представляют каталог параметров звезд, наблюдавшихся Кеплером. Он построен на основании данных Кеплера и Gaia. Это важно, т.к. позволяет сделать очень точную и однородную выборку (этого нельзя добиться, если использовать данные из множества разнородных источников). Также это, разумеется, важно для более точного изучения свойств экзопланет и для поиска корреляций свойств планет со свойствами звезд.
Обнаружен белый карлик с мощным аккреционным диском довольно нетривиального состава. Карлик одиночный. Наиболее вероятная причина возникновения диска - постепенное разрушение массивной планеты (состав ее внутренней атмосферы сейчас и виден в диске).
Сама планета может быть еще не совсем разрушена. Возможно, она находится на расстоянии около 15 солнечных радиусов от белого карлика. Не исключено, что планета так близко подошла к ьелому карлику из-за влияния внешних планет в этой системе. Будут искать.
Авторы анализируют статистику встречаемости массивных газовых планет нна разных орбитах. Показано, что есть резкий скачок примерно на 1 а.е. Т.е., горячие юпитера, встречающиеся менее чем у одного процента звезд, сильно уступают "нормальным юпитерам", которые встречаются почти у 7 процентов звезд.
Как говорится, "обзор по сабжу".
Собственно, описывается, как сейчас мы можем судить о потенциальной обитаемости планеты, и что тут удасться сделать в ближайшем будущем.
См. также второй большой обзор по этому же вопросу: arxiv:1911.05597. Два текста отчасти дублируют, отчасти дополняют друг друга. Вместе они дают очень хорошее представление о состоянии дел.
Авторы обсуждают планету HIP41378f. При размере, примерно равном размеру Сатурна, планета имеет плотность почти на порядок меньше (<0.1 грамма в кубике). И это при том, что температура внешних слоев всего лишь 300К (планета расположена в 1.4 а.е. от звезды, чуть-чуть горячее и массивнее Солнца).
HIP41378 - многопланетная система. Пять планет были открыты методом транзитов. Но потом звезду много наблюдали на предмет регистрации вариации лучевой скорости (что привело к открытию еще одной планеты, для которой нет транзитов). Для трех из пяти транзитных планет удалось обнаружить и сигнал в лучевой скорости, что позволило определить их массы, а следовательно и плотности (радиусы уже были измерены по транзитам).
Почему планета f имеет такую низкую плотность - не ясно. Возможно, вы видим не внешние слои планеты, а плотное кольцо. Т.е., реальный радиус гораздо меньше. Это будут проверять по инфракрасным наблюдениям.
Очень интересный результат.
Пока нет ни одного объекта планетной массы, надежно идентифицированного благодаря астрометрическим наблюдениям. При том, что это самый старый метод (с той точки зрения, что едва ли не в 19 веке люди заявляли о том, что что-то видно, но потом все рассасывалось). Есть бурые карлики, есть кандидаты. Ну и мы ждем данных Gaia, которые смогут через несколько лет дать сразы тысячи кандидатов. Но пока....
Авторы изучали спутник Фомальгаута (не путать Фомальгаут B и Фомальгаут b!!!!!). Это красный карлик на очень широкой (световой год!) орбите вокруг яркого Фомальгаута. Так вот, проанализировав много анных, полученных разными способами, авторы заподозрили наличие компаньона планетной массы (примерно юпитерианской). Проверить, видимо, можно будет с помощью JWST, поскольку вся система молодая, и молодой аналог Юпитера с 7 пк можно будет разглядеть.
Краткое резюме: это не планета.
Рассказывая об экзопланетах, я часто начинаю с того, что трудно ответить на вопрос: "Какая экзопланета была открыта первой?" Необходимы уточнения. В частности, имеется неясность с объектом HD 114762 b, поскольку нижняя оценка массы попадает в планетный диапазон (11 масс Юпитера), а верхняя - в область бурых (или даже красных) карликов. В данной статье автор использует новые данные Gaia для уточнения оценки массы.
Итогом работы стало увеличение оценки массы. Теперь в планетный диапазон она не попадает (т.о., это убирает один из аргументов сомневающихся в том, что Майор и Кело в самом деле - самые-самые первые). Правда, надо оговориться, видимо необходимы более точные измерения.
На протяжении 2011-2015 гг. было издано пять томов, посвященных разным аспектам гелиофизики и всяким связанным вопросам. В Архиве представлены некоторые тексты из этих книг (примерно 20%).
Авторы адресуют книгу студентам старших курсов. Тематика охватывает физику Солнца и звезд, влияние звезд на планеты, свойства планет, влияние на планеты таких внешних факторов, как космические лучи, и, наконец, формирование и эволюцию звезд и планет. В общем - большой учебник. Не все процессы описаны так уж детально. Но это и невозможно в рамках одной книги. тем не менее - отличный ресурс!
Авторы получили хорошие спектры транзитной экзопланеты, обращающейся в зоне обитаемости (0.15 а.е.) вокруг близкого красного карлика (масса 0.3-0.4 солнечной). Правда, планета довольно массивная - восемь масс Земли, т.е. это сверхземля. Тем не менее, интересно, что в спектре обнаружено присутствие водяного пара. К обитаемости это не имеет никакого отношения (тем более, что в атмосфере много водорода и гелия, т.е. условия вовсе не земные), но важно для физики экзопланет и технике их изучения, поскольку это первая сверхземля в зоне обитаемости, для которой удалось получить спектр с деталями.
Наблюдения проводились на Космическом телескопе.
Авторы рассматривают, как планеты поглощаются звездами, и к чему это приводит. А это может приводить к выбросам вещества, вспышкам, изменению химического состава звезды и ее раскрутке. Кое-что из этого списка уже наблюдается.
Не так уж часто у планет достаточно точно измерены сразу и масса, и радиус. Тем интереснее, если комбинация параметров является необычной. У планеты WASP-174b при массе 0.3 юпитерианской радиус почти полтора радиуса Юпитера. Разумеется, дело в прогреве звездой. Орбитальный период всего лишь 4 дня с хвостиком.
Планета интересна еще тем, что транзит не полный: лишь часть диска попадает на звездный диск. Поэтому было не просто получить достаточно точные измерения радиуса.
Поскольку атмосфера сильно раздута и имеет место частичный транзит, планета очень хорошо подходит для спектральных исследований.
Гравитационное линзирование позволяет получать удивительные результаты в деле изучения экзопланет, и в вопросах, связанных с аккрецией на сверхмассивные черные дыры. А если эти две тематики объединить? Получится еще интереснее!
Исследования линзированных квазаров позволяют выявить изменения в параметрах спектральных линий от аккреционных дисков, что связано не с какими-то процессами внутри этих течений, а с гравитационным линзированием на небольших объектах в галактике-линзе. Моделирование позволяет определить массы линзирующих объектов. И в некоторых случаях они оказываются в планетном диапазоне.
Наблюдения двух квазаров на Чандре позволили выявить изменения в линии железа, а затем оценить массы линзирующих объектов. Они лежат в диапазоне от массы Луны до массы Юпитера. Это должны быть одиночные объекты (т.е., не экзопланеты в прямом смысле, а "свободно летающие объекты планетной массы"). Т.о., у нас есть возможность изучать статистику подобных тел в далеких-далеких галактиках.
У красных карликов планеты встречаются нередко. Однако это все маломассивные планеты вблизи звезды. Это хорошо укладывается в основные модели образования планет. Ну или уж открывают пару красный карлик - красный карлик или красный карлик - бурый карлик. Тогда расстояние между объектами может быть значитальным. А тут вдруг открыли планету типа Сатурна на расстоянии более трети астрономической единицы (вообще, орбита имеет значительный эксцентриситет, поэтому проще сказать, что орбитальный период более 200 дней).
Планету открыли по наблюдениям изменения лучевой скорости звезды. Необычные параметры орбиты можно объяснить наличием еще одной планеты сравнимой (но, видимо, меньшей) массы, находящейся в несколько раз дальше. по всей видимости планеты сформировались не "снизу вверх" (т.е., не в результате постепенного набора массы), а из-за неустойчивости во внешних частях протопланетного диска.
Рекорд. Конечно, не бог весть что, но рекорд. Орбитальный период горячего юпитера менее 19 часов. Такие планеты важны для изучения приливного взаимодействия. Напомню, что параметры звезд, связанные с возникающими в них приливами известны плохо. А это интересно. Совсем скоро LSST начнет открывать падения массивных планет на звезды главной последовательности. Совместные данные по таким событиям и по сокращению орбит планет типа NGTS-10b позволят получить точные определения приливных параметров звезд, что крайне важно для детального понимания их внутреннего строения и эволюции.
Авторы наблюдали на Спитцере горячую экзопланету LHS 3844b. Идея состояла в следующем. Если у этой планеты есть толстая атмосфера, то распределение температуры по ее поверхности из-за атмосферной циркуляции не будет симметричным, относительно направления на звезду. Кроме того, "полуночная" точка не может быть очень холодной. Наблюдения показали, что ничего такого нет. Т.е., все согласуется с тем, что влияние атмосферы невелико. Т.о., она не может быть толстой.
Авторы представляют новую модель миграции планет в протопланетном диске. Важным выводом является то, что лишь самые массивные планеты успевают существенно мигрировать к звезде. Также авторы рассматривают, как планеты набирают массу, учитывая процесс фотоиспарения диска центральной звездой.
Интересная тема. Начиная с 2003 года удается зарегистрировать следы взаимодействия магнитного поля планеты (для это она одлжна быть горчим юпитером) со звездой. Наблюдают это по периодическому изменению параметров линий в спектре звезды. Период равен орбитальному планетному. Такие данные позволяют измерить величину магнитного поля планеты, что важно и интересно. В данной статье сообщается о четырех новых измерениях.
Однако получить собственно оценки поля планеты не так-то просто, потому что нужны особые спектральные данные. И вот тут авторы практически первые. Правда и тут для того, чтобы перейти в вычислению магнитного поля, необходимо задаться моделью, и здесь есть из чего выбирать. Авторы перебрали несколько. В итоге получены оценки поля. Если им верить, то кое-что проясняется в вопросе его происхождения.
В Архиве появилось несколько white papers, посвященных экзопланетным исследованиям. Они написаны примерно одной и той же группой (легко найти по первому автору). Выделим ту, что посвящено созданию интерферометрических систем в космосе.
Именно такие системы способны позволить получить прямые изображения планет земного типа в зонах обитаемости. При этом, конечно, они могут делать еще много полезных вещей в данной области исследований. Так что тематика важная. Но дорогая. Авторы обсуждают, каковы реалистичные перспективы. Они связаны с небольшими спутниками и использованием технологий, развиваемых в коммерческих целях.
Пока политики думают, как остановить миграцию в Европу, а где-то еще народ думает о внутренней эмиграции, астрофизики размышляют, как остановить миграцию планет к звезде.
Новое моделирование показывает, что в некоторых случаях миграцию можно повернуть вспять. Происходит это у планет, сформировавших своей гравитацией щель в протопланетном диске. В норме планета в такой ситуации мигрирует к звезде, т.к. на внешнем крае щели много газа, и обмен моментом импульса с ним приводит к тому, что планета приближается к звезде. Однако на том же внешнем краю могут накапливаться (и расти) пылевые частицы. Крупные частицы затем быстро выпадают на звезду, передавая свой момент импульса газу. В результате, поверхностная плотность вещества на внешнем краю падает. А это приводит к замедлению миграции планеты внутрь, или даже к тому, что планета начинает удаляться от звезды.
После рассеивания газового диска пылевое кольцо, соответствовашее внешнему краю щели, может остаться, и там смогут формироваться планеты.
Авторы детально рассматривают, как мощные вспышки на звездах (красных карликах) влияют на обитаемость обращающихся вокруг них планет. Получается, что только при экстремальных параметрах (и более тонкой, чем у Земли, атмосферы) гарантируется фатальная доза на поверхности.
Представлены результаты по очень интересному объекту, обнаруженному спутником Кеплер в рамках миссии К2. Снова звезда с очень необычными транзитами. Или не транзитами.... Как бы то ни было, за 87 дней наблюдений авторы зафиксировали 28 падений блеска длительностью порядка 2 часов. Периодичности в появлении событий нет. 26 из 28 имеют примерно одинаковую глубину падения блеска. Транзиты (если это они) не симметричные. Звезда вполне нормальная (правда, не исключено, что у нее есть менее массивный спутник на расстоянии несколько сотен а.е.). Авторы обсуждают много возможных вариантов (включая короткоживущие пятна на звезде), но ничто не подходит полностью. Так что - загадка.
На космическом телескопе имени Спитцера проводились наблюдения с целью обнаружения транзита. Однако в назначенное время ничего не увидели. Авторы полагают, что заявление о регистрации транзита по оптическим наземным и космическим наблюдениям было преждевременным. Из-за сильной активности звезды предыдущие авторы приняли желаемое за действительное. Во время новых наблюдений такая активность была ниже, поскольку использовались достаточно длинные волны (4.5 микрона), так что подобный шум не мешал.
Разумеется, это никак не закрывает саму планету, которая была открыта по вариации лучевой скорости звезды. Просто не транзитная она.
Одним из мощных современных методов обнаружения экзопланет является техника т.н. вариации времени транзита (TTV). Идея проста: орбита известной планеты (для которой наблюдаются транзиты) испытывает влияние еще одной (или нескольких) планет. По этим вариациям орбиты можно выявить присутствие дополнительных планет и определить их свойства (орбита, масса).
В неформальном интересном (практически научно-популярном) обзоре (с массой любопытных "лирических отступлений) известный специалист по динамике планетных систем описывает саму методику и первый случай удачного применения.
В Архиве появилось еще несколько статей из специального номера New Astronomy Reviews, посвященного результатам Кеплера.
В статье описан большой комплекс подпрограмм, позволяющий описывать планетную эволюцию. Учитывается множество факторов: эволюция звезды, пролеты близких звезд, приливы, внутреннее тепло планеты и т.д. и т.п. Код находится в свободном доступе.
В основной части статьи даны краткие (преимущественно словесные) описания каждого из модулей (отвечающих за отдельные аспекты эволюции), а в приложениях для каждого модуля приведены детали с формулами и тп.
Впечатляет. К слову, приложения полезны и по отдельности, если вас интересуют отдельные аспекты эволюции планет.
Важно наблюдать долго. Особенно, если речь идет об обнаружении экзопланет методом измерения вариации лучевой скорости звезды. Потмоу что только так можно открывать планеты с большими орбитальными периодами. Наблюдения на спектрографе CORALIE продолжаются более 20 лет, что и позволяет обнаруживать объекты на расстояниях более 5 а.е.
В статье представлено пять новых открытий (три планеты и два маломассивных бурых карлика), а также четыре уточнения параметров. Существенно, что для некоторых из обнаруженных объектов впоследствии можно будет получить прямые изображения. Соответственно, длинные ряды измерений лучевых скоростей позволяют выделять хорошие кандидаты для непосредственных исследований на крупных телескопах.
Вот уже лет 15 как мы можем изучать спектры экзопланет. Разумеется, начали в планет-гигантов. Или молодых, которые видны непосредственно (как в системе HR8799), или горячих, которые сильно прогреваются звездой. Но с развитием техники наблюдений удается изучать атмосферы все более мелких планет. Сейчас добрались до сверхземель.
В обзоре во-первых суммировано, что мы уже узнали об экзопланетных атмосферах. Во-вторых, обсуждаются нерешенные проблемы. Ну а в-третьих, поскольку развитие инструментальной базы продолжается, и совсем скоро заработают большие наземные телескопы, как E-ELT, или космические - как JWST-, важно поговорить о том, что можно будет получить в ближайшее время.
Представлен анализ обзора 300 звезд с чцелью поиска планет-гигантов и бурых карликов. Показано, что планеты-гиганты в основном имеют орбиты с полуосями 1-10 а.е. Планет больше у звезд с массой >1.5 масс Солнца. Есть указания на то, что планеты-гиганты и бурые карлики имеют разные механизмы формирования.
Вдохновленные Оумуамуа авторы решили поискать по базам данных записи о мтеорах, имевших большую скорость. Данное обстоятельство должно указывать на их происхождение не в Солнечной системе. В результате одно такое событие было обнаружено. Отметим, что и ранее поступали сообщения об обнаружении метеоров с аномально большими скоростями. Так что непонятно, первое это событие или нет. Важно, что наблюдения спектров таких метеоров (пока они сгорают в земной атмосфере) позволяют изучать их химический состав.
KOI - Kepler Object of Interest. Номер четыре говорит о том, что объект был четвертым, из включенных в этот список. При этом первые три были уже известными экзопланетами. Т.о., речь идет о первом планетном кандидате Кеплера. Однако по сю пору его не удавалось подтвердить. И вот.
С помощью наблюдений лучевых скоростей и астросейсмологического анализа удалось подтвердить планету. Несмотря на то что это горячий юпитер (масса 5-6 юпитерианских, орбитальный период - менее 4 дней), источник был непростой целью, т.к. звезды является субгигантом, причем достаточно массивным (около 1.5 масс Солнца). Тем не менее, все получилось.
Еще одна статья для Astro2020. На этот раз речь идет о том, как определить параметры планет по свойствам осколочных дисков, в которых они находятся.
Для этого понадобятся новые космические телескопы. JWST должен стать первым. А затем, как многие надеются, появится 9-метровый Origins.
В заметке кратко, но четко и понятно, описано, почему такие исследования важно проводить, что это нам расскажет о механизмах формирования планетных систем и т.д.
Авторы рассматривают, как астероиды могут нагревать токами, возникающими при движении тела в магнитосфере звезды (это может быть и белый карлик, и нейтронная звезда). Показано, что при сильных, но реалистичных полях (разумеется, речь идет о большим магнитных моментах, а не о полях на поверхности) могут возникать важные эффекты. Астероид может достаточно разогреться, чтобы его недра начали плавиться. Это может приводить к серьезным последствиям для орбитальной динамики. Кроме того, на астероидах могут возникать квазивулканические выбросы.
Потенциально, ситуация должна быть достаточно редкой (надо сильно приблизиться к телу с очень большим магнитным моментом), но было бы интересно такое обнаружить.
С помощью системы GRAVITY на VLT удалось исследовать одну из планет системы HR8799. Это первый случай, когда экзопланета успешно напрямую наблюдалась и исследовалась методами наземной оптической интерферометрии.
Удалось уточнить параметры орбиты и получить хороший спектр. Последнее помогло уточнить параметры планеты и ее классификацию.
Авторы обсуждают, что еще можно сделать с GRAVITY в этой области. Как минимум, можно наблюдать все планеты, для которых есть прямые изображения.
Также авторы отмечают, что полученные результаты говорят о том, что вполне реалистично с помощью наземных оптических интерферометров разрешать поверхность планет-гигантов. Это потребует базы порядка 10 км. Пока таких систем нет, но авторы предлагают задуматься о том, не будет ли подобный проект хорошим планом для ESO после создания E-ELT.
В статье представлены новые оценки числа планет у звезд спектральных классов FGK. Авторы использовали данные спутника Кеплер (полный набор основной программы - релиз D25). Для оценок радиусов звезд использовались данные Gaia DR2. Пронализировано количество планет с разными орбитальными перииодами. Особое внимание уделено планетам с размерами, близкими к земному на орбитах в зоне обитаемости. Такие встречатся у каждой пятой-десятой звезды.
Около года назад примерно эта же группа авторов детально рассматривала надежность идентификации небольших долгопериодических планет (т.е., попадающих в зону обитаемости вокруг везды типа Солнца планет типа Земли). Тогда авторы пришли к выводу, что достоверность регистрации кеплер-452b (лучшего "двойника Земли") существенно завышена. Теперь они идут дальше и рассматривают весь каталог Кеплера.
Снова авторы демонстрируют, что надежность завышена. В частности, "под удар" попадает другой известный "двойник Земли" - Kepler-186f. Авторы показывают, что для небольших планет (т.е., для неглубоких транзитов) с большими периодами (т.е., число транзитов, наблюдавшихся Кеплером, невелико) достоверность мала. И вообще, важно дополнять кеплеровские данные независимым последующим мониторингом транзитов или измерением вариации лучевой скорости звезды.
Удивительная ориентация протопланетного диска: его плоскость практически перпендикулярна плоскости двойной звездной системы, вокруг которой он существует. Наблюдения проводились на ALMA.
Диск, по всей видимости, находится в стабильной конфигурации, а его ориентация вызвана приливным действием двойной. Но какой двойной? Внешней! Хитрость в том, что система на самом деле четверная: она состоит из двух пар.
О других свежих наблюдениях на ALMA молодых двойных систем с дисками см. arxiv:1901.05029.
Авторы детально обсуждают, в чем образование Солнечной системы могло отличаться от типичного случая экзопланетной системы.
В настоящее время разработано несколько очень детальных моделей формирования Солнечной системы. В то время как для описания экзопланетных систем используются менее изощренные сценарии, чтобы можно было достаточно быстро просчитывать многие тысячи эволюционны треков для очень разных начальных условий. Постепенно детализированные подходы начинают применяться и для экзопланетных систем. В некотором смысле, данный обзор иллюстрирует это.
Обзор охватывает довольно много вопросов. Это и данные наблюдений, и базовые основы подходов к моделированию формирования систем, и ряд деталей, и, конечно, примеры расчетов. При этом, авторы выбрали подход, в котором не используются формулы. Т.е., все объяснения в некотором смысле качественные. Это делает обзор более доступным для неспециалистов.
В последние года на установке ALMA были получены важные результаты по протопланетным дискам. В данной статье представлен новый проект - DSHARP. В его рамках на ALMA были проведены наблюдения двух десятков протопланетных дисков в высоком разрешении. В последующих статьях представлены детальные результаты по отдельным объектам, а также рассмотрены отдельные вопросы. Так например в статье arxiv:1812.04045 рассматривается взаимодействие планет с диском на основе полученных данных.
Благодаря точным измерениям вариации радиальной скорости у звезды Барнарда подтверждена экзопланета.
Напомню, что звезда Барнарда выделяется самым большим собственным движением. А еще это самая близкая одиночная звезда (1.8 пк), ближе только три звезды системы Альфа Центавра.
Некоторое время назад у звезды Барнарда был заподозрен планетный спутник с орбитальным периодом около 230 дней. Но точности для достоверного обнаружения не хватало.
Планета имеет период 233 дня, что соответствует орбите с полуосью 0.4 а.е. Это как раз граница снеговой линии в этой системе. Орбита обладает заметным эксцентриситетом. Масса планеты превосходит 3 земных. Т.е., скорее всего, это сверхземля.
Авторы исследуют механизм появления массивного спутника на очень широкой орбите у экзопланеты Kepler 1625b. Показано, что такое вполне может произойти за счет приливного захвата в молодой планетной системе.
Спутник первоначально захватывается на более тесную орбиту, а затем удаляется за счет приливного взаимодействия с планетой (как Луна удаляется от Земли).
Кеплер - все. Но остаются архивы, и в них еще целые залежи всего. Статья содержит описание того, что можно (и нужно) делать с кеплеровскими архивами, и каких еще открытий нам ждать.
В обзорах неоднократно упоминались различные подходы, которые могут позволить получать с помощью астрономических наблюдений достаточно подробную информацию о землеподобных экзопланетах, чтобы строить хотя бы примерные и нечеткие карты их поверхности. В данном небольшом обзоре все эти идеи суммированы. Разумеется, такие методы имеют прямое отношение и к поискам следов существования жизни. Так что - вдвойне интересно!
В частности, интересная идея специализированных наземных телескопов для наблюдения землеподобных планет в зонах обитания. По мнению авторов инструмент стоимостью около 100 млн долларов сможет получить изображения десятка самых близких экзопланет такого типа. Чтобы осмотреть все экзопланеты в 20 пк от нас потребует уже более крупный инструмент стоимостью под полмиллиарда. На мой взгляд, после работы спутника PLATO обсуждение таких проектов должно стать более конкретным. И можно ожидать их создания в 40е гг.
Разумеется, с помощью 20 и даже 100-метровых телескопов нельзя рассотреть диск планеты типа Земли. МОжно лишь по кривой блеска восстанавливать детали поверхности. Чтобы рассмотреть все напрямую, нужен будет интерферометр (лучше, конечно, космический) с расстоянием между телескопами, измеряемым километрами. Однако есть еще одна фантастическая идея, основанная на эффекте гравитационного линзирования. В качестве линзы должно выступить Солнце. Об этом речь идет в заключительной части обзора.
Это первая планета, обнаруженная на TESS (запущен в апреле этого года). Сверхземля на тесной орбите вокруг звезды солнечного типа с периодом менее недели. Ранее в этой системе уже была обнаружена массивная планета типа Юпитера с орбитальным периодом более 5 лет. Планета отрытая на TESS интересна с точки зрения возможностей детального изучения ее атмосферы и разнообразных эффектов, наблюдаемых к экзопланетных системах.
Также детальные наблюдения этой планеты и звезды представлены в статье arxiv:1809.07573.
С помощью установки ALMA удалось хорошенько разглядеть интересную систему.
Вокруг молодой звезды CI Тельца известна массивная планета. Возраст настолько невелик (около 2 млн лет), что там еще не рассосался протопланетный диск. Это единственная такая система. При этом важно, что очень массивная планета (почти бурый карлик) находится близко от своей звезды. Т.е., миграция уже произошла.
Авторы получают изображение в высоком разрешении. Новые детали они интерпретируют в модели нескольких массивных формирующихся планет. Их, согласно проведенному анализу, три. Их большие оси составляют от 10 до 100 а.е. Т.е., они все снаружи от горячего суперъюпитера.
Кратко описан проект недорогого спутника, который будет в течение года исследовать в УФ диапазоне десяток маломассивных звезд с экзопланетами с целью изучения их переменности. Для этого на борту будет стоять 9-сантиметровый телескоп. Запуск запланирован на осень 2021 г.
Авторы проводят сравнение четырех основных каталогов экзопланет. На данный момент тут нет единства. В каталоги включено разное количество объектов, при этом используются разные принципы отбора. В статье сравнение каталогов проводится по шести ключевым параметрам звезд и планет.
В результате сравнения авторы рекомендуют в качестве основного каталога The NASA Exoplanet Archive (https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu).
Интересный обзор о том, как (согласно современным представлениям) мог меняться климат Венеры, Земли и Марса в разные эпохи. В начале ситуация на всех трех планетах была похожей, а потом тропинки разошлись из-за разной массы планет, разного расстояния от Солнца и тп.
Сейчас удается получать спектры планет-гигантов, горячих нептунов и сверхземель. Есть два основных подхода: спектры "на просвет" и прямые изображения. У первых есть свои преимущества - так проще. Поэтому в ближайшее время, если говорить о спектрах планет земного типа, основные надежды возлагаются именно на данные, получаемые во время транзитов. Землеподобные планеты у красных карликов - первые кандидаты для получения данных об атмосферах потенциально обитаемых планет. Но не все планеты транзитные. Поэтому в конце концов мы придем к тому, что спектральные данные (в том числе и с целью поиска биомаркеров) будут получать по прямым изображениям. Вот этому и посвящен обзор. А начинается все, разумеется, со сводки современных данных по прямым изображениям экзопланет.
Хороший понятный обзор, посвященный образованию больших планет. Уровень сложности идеальный для того, чтобы в основных чертах понять все ключевые процессы. Т.е., без технических деталей и сложностей, но описание вполне строгое. И при этом хорошо проиллюстрированное.
Детальное изучение системы PDS 70 позволило обнаружить точечный источник внутри щели диска, окружающего эту молодую звезду (возраст 5-6 млн лет). По всей видимости, это массивная планета, обращающаяся на расстоянии около 22 а.е. от звезды (орбитальный период около 118 лет). Планета видна, разумеется, благодаря собственному излучению. Теоретически не исключено пока, что это легкий бурый карлик. Наблюдения проводились в основном на VLT (также использованы данные Gemini).
См. также arxiv:1806.11567, где представлены результаты по определению параметров планеты.
Очень полезный обзор о том, как свойства планет связаны со свойствами звезд, вокруг которых они вращаются. Разобраны все основные корреляции (например, большие планеты реже встречаются у красных карликов, и чаще - у звезд с более высокой металличностью) и возможные причины для их появления.
В последние годы основную долю бурых карликов обнаружили в обзорах, покрывающих большую площадь (2MASS, SDSS, UKIDSS, WISE и др.). Эта же методика позволяет обнаруживать массивные молодые одиночные экзопланеты. В этом обзоре обозреваются эти обзоры :).
Представлен полный каталог транзитных событий, зарегистрирвоанных на спутнике CoRoT. Аппарат исследовал более 160 000 звезд. В итоге в каталоге несколько десятков планет и более 500 кандидатов в экзопланеты, которые надо дополнительно изучать. Кроме того, обнаружено много двойных систем.
Авторы представляют новую программу, позволяющую сравнивать модельные параметры популяций экзопланет с данными наблюдений. Использование данных Кплера показало, что бОльшая часть звезд имет примерно по 7 планет. Причем самые близкие чаще всего имеют орбитальные периоды около 10 дней. Землепдобные планеты в зонах обитаемости должны встречаться довольно часто. А вот чем наша Солнечная система слегка выделяется (но не на уровне уникальности) - так это отсутствие планет с оритальным периодом короче меркурианского.
Хороший понятный обзор. Небольшой, а потому без деталей. Горячие юпитеры есть у 1 процента звезд (т.е., все стабильно), а планеты-гигант с орбитальными периодами до года - у примерно 3 процентов. Обсуждаются различные распределения параметров у планет-гигантов всех известных классов.
Обзор посвящен уникальному объекту WD 1145+017. Это белый карлик, вокруг которого обнаружен "планетный мусор", постепенно сваливающийся на компактный объект.
Открытие было сделано по результатам наблюдений на Кеплере в рамках программы К2. были обнаружены странные транзиты, которые удалось проинтерпретировать как результат загораживания белогок арлика обращающимися вокруг него пылевыми облаками. Причина формирования облаков состоит в том или ином разрушении твердых тел с массами порядка масс крупных астероидов.
В обзоре более половины места отведено под данные наблюдений. Затем рассмотрены возможные теоретические сценарии. Наконец, обсуждаются нерешенные вопросы и будущие наблюдения.
Вот про это должны написать новости, ведь как звучит: "Планета чернее угля"! Но она скорее темнее, чем чернее. Вообще, как пишут авторы, горячие юпитеры могут отражать лишь около 10% падающего на них света, что связано со свойствами облаков (которые, повторюсь, не черные, а темные). В случае WASP-104b отражается всего лишь около 3%. Отдельно напомню, что луна отражает 12%, и черной нам совсем не кажется.
Собственно, название отражает основной пафос. Результат получен на частном небольшом телескопе, работающем в США, но начиналось все в Коуровке.
Открытая планета - классический горячий юпитер с массой и радиусом почти как у Юпитера и орбитальным периодом 1.7 дня. Т.е., по науке ничего особенного, но демонстрирует, что в принципе любительские наблюдения (с некоторой помощью профессионалов) могут давать такие открытия.
Большой обзор (лекции) по изучению атмосфер транзитных планет. Подробно и понятно описано, как сейчас можно изучать атмосферы экзопланет, что будет возможно в ближайшем будущем, и с какими научными задачами это связано.
Исследуя новую выборку бурых карликов, авторы подтверждают единую зависимость масса-вращение для объектов дозвездных масс. Зависимость тянется от Марса до минимальной звездной массы. Скорость вращения пропорциональна квадратному корню из массы.
В последние примерно 15 лет мы получили возможность изучать атмосферы экзопланет. Сначала - горячих юпитеров, потом просто юпитеров, далее - планет с массой порядка нептунианской, затем - сверхземель. Вскоре, станет возможным напрямую получать данные об атмосферах планет земной массы. Это все требует развития методов моделирования назовых оболочек для разного состава, разного потока энергии звезды, разных типов планет и т.д. В статье приводится обзор этого широкого поля деятельности. Упор, разумеется, делается на получение численных оценок для тех параметров, которые можно измерять в наблюдениях.
См. также arxiv:1804.08340, где описаны основы моедлирования планетных атмосфер на примере тел Солнечной системы. Этот обзор более объемный и содержит больше деталей.
Формула воды...
Вода - одно из самых распространенных веществ во вселенной. В самом деле, молекула воды состоит из водорода и кислорода - первого и третьего по распространенности элементов. Учитывая, что гелий молекул не образует, можно догадаться, что вода - в общем-то самая распространенная молекула, состоящая из атомов разных элементов. Именно воде в контексте существования жизни и посвящен обзор.
Начинается все с основ, т.е. разбираются физические и химические свойства воды. Затем авторы рассматривают синтез элементов. После этого дана сводка наблюдательных данных по воде (межзвездная среда, протопланетные диски, атмосферы экзопланет и т.д.). Большой раздел посвящен воде в Солнечной системе. И завершается все темой "вода и жизнь".
Из 32 страниц текст занимает лишь около половины, так что читается быстро.
Очередная глава из сборника "Настольная книга по экзопланетам". Рассмотрены основные методы определения возрастов звезд, имеющих экзопланеты, и приведены результаты соответствующих исследований. Рассмотрены такие методы определения возрастов как замедление звезды, изменение обилия лития, астросейсмология и, конечно, просто изохроны. Правда, астросейсмология рассмотрена лишь кратко, поскольку ей посвящена отдельная глава в этом сборнике.
Короткопериодические планеты (с оритальными периодами менее пары дней) очень легко открывать, особенно метоом транзитов. Однако их не так уж много. Кроме горячих юпитеров есть еще короткопериодические планеты с массами порядка земной. Им, в первую очередь, и посвящен обзор.
Легкие ультракороткопериодические планеты (период менее 24 часов) встречаются примерно также часто, как и горячие юпитеры (а они, в свою очередь, есть примерно у пары процентов звезд). На сегодняшний день рекордные периоды менее 4.5 часов! Выделяется Кеплер-78 с периодом 8.5 часов, для которой есть надежные измерения и массы и радиуса. В обзоре обсуждается происхождение таких легких железно-каменных планет с короткими орбитальными периодами.
Появилась новая большая пачка коротких заметок (white papers), содержащих краткие описания проектов по изучению экзопланет из космоса. Выделю данную работу. Авторы мотивируют создание и запус специального аппарата для высокоточного измерения вариации лучевых скоростей звезд. Это должно позволить эффективно обнаруживать планеты земной массы в зонах обитаемости у звезд типа Солнца. Также измерению лучевых скоростей посвящена заметка arxiv:1803.04003. Тут речь идет о дальнейшем изучении транзитных планет, которые обнаружит TESS.
Также отмечу работу arxiv:1803.03732, где речь идет о специализированной астрометрической миссии с метровым телескопом. Цель также состоит в обнаружении планет земного типа у FGR звезд.
Еще несколько статей посвящены поискам жизни и изучению условий для ее существования: arxiv:1803.04010, arxiv:1803.03751.
ПОка не устоялся перевод слова biosignatures, будем употреблять "биомаркеры". Речь идет о поисках свойств, связанных с наличием биосферы. В данном случае обсуждаются свойства излучения поверхности и атмосферы с упором на процессы, подверженные сезонным изменениям. Многие из них так или иначе связаны с процессом фотосинтеза.
Подробно рассмотрена эволюция атмосферы нашей планеты. Рассмотрено как и почему менялось содержание кислорода, двуокиси углерода, метана и азота, и какие эффекты это все вызывало.
Очередная глава из сборника про экзопланеты. На этот раз подробно один из методом исследования - по вторичным затмениям. Это когда планета оказывается за звездой. Апофеозом такого подхода является картирование диска планеты. Действительно, космические инфракрасные наблюдения позволяют уже сейчас восстанавливать распределение яркости по диску для больших планет, близких к своим звездам.
Эта глава в "Handbook of Exoplanets" посвящена динамической эволюции орбит планет. В первую очередь, это важно для начального периода эволюции, когда в системе еще много тел, и крупные планеты еще не заняли свои окончательные орбиты, на которых они, в норме, проведут миллиарды лет.
Небольшой обзор по аккреционным процессам в протопланетных дисках. Рассмотрено, как планеты растут "снизу вверх".
Достаточно подробно описан самый эффективный на сегодняшний день метод обнаружения экзопланет - транзитный.
Изложены основы, перечислены ключевые проекты, приведены некоторые важные результаты.
В статье подробно обсуждается, как формируются планеты земного типа, а также - сверхземли, отсутствующие в Солнечной системе. Интересно, как более детальные данные и модели по формированию нашей системы увязываются с более пестрой картиной других планетных систем.
Хороший понятный обзор (как, впрочем, всегда у Армитажа) по формированию планет. Как раз в меру простых формул, чтобы начать все понимать не только на словесном уровне.
Рассмотрено три основных каталога (NASA, европейский и Открытый каталог), каждый из которых включает чуть более 3500 экзопланет. Также упомянуты более специализированные каталоги, где собраны данные по планетам определенных типов.
На русском языке см. статью, где также описаны он-лайновые каталоги экзопланет.
Авторы показывают, что в большинстве случаев (исключая очень большие значения сигнал/шум) кеплеровские планеты с малыми радиусами и большими полуосями (в первую очередь - двойники Земли) требуют независимых наблюдений для окончательного подтверждения. Речь не идет о том, что все или большинство таких регистраций под вопросом. Авторы полагают, что в целом статистика по таким планетам, полученная по данным Кеплера, верна. Однако в каждом конкретном случае необходимо, чтобы наличие планеты было подтверждено на другом инструменте, т.к. в данных Кеплера есть достаточно много шумов, которые для долгопериодических планет (для которых за все время работы миссии не удалось пронаблюдать много орбитальных периодов) могут приводить к ложным результатам. В качестве примера авторы выбирают планету kepler-452b. Опять же, речь не идет о "закрытии" этой планеты, а лишь о том, что нет окончательной уверенности.
Сверхземли по всей видимости являются самым распространенным типом экзопланет. С другой стороны, нельзя забывать, что сверхземли могут быть очень разными (в основном железно-каменными, или ледяными, или с очень толстыми атмосферами ...). Поэтому и формироваться они могут по-разному. И ясности тут нет. В обзоре рассматриваются разные теории образования планет этого типа, обсуждаемые в настоящее время.
На поздних стадиях формирования планетной системы вокруг звезд наблюдают т.н. остаточные диски. В основном, мы видим излучение пыли, порожденной столкновениями небольших тел в молодой системе (т.е., это не совсем "остатки", а "осколки остатков"). Благодаря ряду инструментов про остаточные диски мы узнаем все больше и больше интересного. В обзоре дается подробное описание дисков этого типа.
Обзор, в первую очередь, феноменологический. Поэтому все очень понятно.
Авторы показывают, что яркое событие микролинзирования содержит деталь, говорящую о присутствии планеты с массой 3-15 масс Земли. Т.е., скорее всего, она относится в сверхземлям. Если это так, то это самая близкая линза среди известных событий микролинзирования - до нее всего лишь 380 пк. Звезда, вокруг которой вращается планета, - красный карлик в четыре раза более легкий, чем Солнце.
Авторы объяснятют бимодальность распределения части звезд в молодых скоплениях по периодам вращения поглощением массивных планет. Захват тяжеой планеты легкой звездой приводит к ее заметной раскрутке. Т.о., те звезды, которые вращаются быстро, поглотили в молодости что-то вроде юпитера.
Детальное описание удивительного проекта по картированию экзопланет, используя Солнце в качестве гравлинзы.
Правда, спутник надо будет доставить на расстояние под 600 а.е. от Солнца. Далее, попиксельно (перемещаясь в фокальной плоскости гравлинзы) аппарат будет строить изображение (что, мягко говоря, непросто). И такую штуку можно сделать только для одной планеты.
В общем, звучит фантастически. Но научно-фантастически.
Сейчас известно более 100 экзопланет в системах двойных звезд, а также в системах более высокой кратности. В статье дается обзор этого многообразия. Обсуждаются вопросы устойчивости систем (по этому поводу см. также arxiv:1802.08868) и их эволюции, а также ряд наблюдательных аспектов.
Еще один небольшой обзор из новой версии "Handbook of Exoplanets". На этот раз анализируется, как мы могли бы видеть разные биомаркеры в атмосфере Земли, если бы наблюдали ее со стороны (с межзвездных расстояний) на протяжении ее геологической эволюции.
Обзор небольшой, и не все вопросы затронуты. Тем не менее, довольно интересно.
В заглавии нет слов "планет-гигантов", поэтому тему нуждается в комментарии. Речь идет о том, что нам говорят прямые поиски гигантских планет о чакстоте их встречаемости. Речь именно о прямых изображениях, а не о транзитах, микролинзировании, лучевых скоростях и т.п.
Сейчас уже есть достаточно надежные данные по сотням звезд, чтобы говорить о том, что массивные планеты есть лишь у 1% из них. Причем речь идет о действительно массивных (в несколько раз больше Юпитера) планетах на расстояния более примерно 10 а.е.
К слову, бурые карлики встречают примерно столь же редко (они есть у 2-4% звезд). Так что, вероятно, и механизмы формирования у них схожие.
Чаще гигантские планеты видны в системах с остаточными дисками.
Кратко описан довольно эффективный недоргой проект KELT, который решает очень четко поставленную задачу по поиску больших транзитных планет с короткими орбитальными периодами у ярких звезд, чуть более массивных, чем кеплеровская выборка. Обнаружено более двух десятков горячих юпитеров у звезд массивнее Солнца (и, как правило, быстровращающихся).
Где в Галактике жить хорошо? Ответ - в обзоре. Кратко он звучит так: есть месте получше, есть места похуже, но в принципе - везде можно.
Продолжают появляться статьи, посвященные Оумуамуа и объектам этого типа. В данной работе авторы оценивать количетсво таких объектов. Получается 0.2 на кубическую астрономическую единицу. Это дает примерно 4 массы Земли на кубический парсек. Т.е., все звездные системы должны вносить свой вклад.
Еще в одной статье рассматривается новая гипотеза о происхождении таких объектов: приливной разрыв тел белыми карликами. Конечно, в таком случае такие объекты должны быть более редкими, а сам Оумуамуа оказывается некоторой флуктуацией.
Наконец, не могу не отметить курьезное, на мой взгляд, исследование, в котором на большом радиотелескопе (GBT) прослушивали Оумуамуа на предмет не звездолет ли это. Ничего не слышно.
Авторы представляют популяционную модель для планет, сформированных на окраинах протопланетных дисков за счет неустойчивости в них. Это позволяет не только объяснить появление систем типа HR8799 (где 4 гигантские планеты находятся примерно на 20, 40, 60 и 80 а.е.), но также дает, потенциально, новый канал для образования бурых карликов и даже маломассивных звезд. Правда, в текущем исследовании массивные объекты (тяжелее 20 масс Юпитера) почти не формировались, в отличие от предыдущих моделей Forgan et al.
Появилось сразу несколько интересных результатов миссии К2. Это спутник Кеплер, который больше не наблюдает одну область неба, а сканирует его. Выделим один из них.
Обнаружена планета с очень коротким периодом: чуть менее 7 часов!. Причем, звезда - это не какой-нибудь совсем мелкий красный карлик класса М8. Это оранжевый карлик класса К4. Конечно, он легче Солнца и меньше его (масса 0.7 солнечных, радиус - тоже примерно 0.7, а температура - чуть более 4500К), но все-таки. Данное открытие важно в контексте понимания того, как планеты мигрируют и где останавливаются. В данном случае "стоп, машина" случился на расстоянии 1.3 радиуса звезды от поверхности!
Замечательно, что для планеты измерен и радиус (по данным Кеплера), и масса (по данным о лучевых скоростях по наблюдениям на HARPS). Радиус планеты - полторы земного, а масса - пять земных.
Планета находится очень близко от звезды - потому там горячо. В подзвездной точке (в "точке полудня") температура может достигать 3000К! Поэтмоу планета видна в красных лучах. Удалось увидеть вторичное затмение, связанное с тем, что планета оказывается за звездой.
Автор обсуждает, что выделяет Солнечную систему среди типичых экзопланетных систем. Есть два основных пункта: отсутствие сверхземель и отсутствие планет, близких к Солнцу.
В связи с этим автор рассматривает образование сверхземель и миграцию планет в контексте потенциального существования развитых форм жизни на поверхности планет типа Земли в зоне обитаемости. Еще одним связанным с упомянутыми темами вопросом является наличие и поведение малых тел (астероидов), которые могут сталкиваться с землеподобными планетами. Этому также посвящено большое обсуждение.
Наконец, отдельный большой параграф посвящен прямо проблеме разумной жизни и парадоксу Ферми. Здесь пока трудно придумать достоверную причину для утверждения об уникальности разумной жизни на Земле.
Авторы рассматривают крайне экзотическую возможность исследовать топографию экзопланет. Представим себе транзитную экзопланету без атмосферы. У планеты есть крупные детали рельефа - горы и тп. Тогда на кривой транзита будут сказываться эти особенности, т.к. в зависимости от того, как планета в данный момент ориентирована относительно нас, она будет иметь разную площадь в проекции.
В деталях авторы анализируют совсем экзотическую ситуацию: транзитный аналог Марса у белого карлика. Тогда, показывают они, "через следующее" поколение гигантских (100-метровых) наземных телескопов может зарегистрировать эффект.
Авторы изучают формирование систем спутников массивных планет. Спутники образуются быстро (десятки тысяч лет), т.к. характерные периоды обращения короткие. Часть спутников быстро выпадает на планету. Поэтому выживает последнее (позднее) поколение. Старые околопланетные диски сохраняют много льда (сама планета должна успеть остыть, чтобы не разогревать околопланетный диск), поэтому аналоги галилеевых спутников должны содержать много этого вещества.
Большой обзор, посвященный нашему современному пониманию (и непониманию) того, как образуются горячие юпитеры.
Дается краткий обзор по перспективам поиска жизни с помощью телескопов следующего поколения. По сути, просто перечислены некоторые пункты с упором на байесовские методы.
См. также еще ряд статей, написанных по поводу поисков жизни в ближайшие годы. Это все т.н. white papers: arxiv:1801.06935, arxiv:1801.07333, arxiv:1801.07810, arxiv:1801.08970, arxiv:1801.07811.
В обзоре дается сводка данных по частоте встречаемости планет, основанная на данных наблюдений вариации лучевых скоростей звезд и транзитов.
Когда мы говорим о "двойниках Земли", не надо забывать о возрасте планеты. Не обязательно абсолютном (в годах). Речь в первую очередь идет о разных эволюционных стадиях. Разумеется, Земля в прошлом была совсем не похожа на Землю современную. Соответственно, различались и их спектры, включая биомаркеры (если уже было что маркировать). В статье авторы рассматривают планеты, похожие на Землю, на разных эволюционных стадиях, да еще и вокруг звезд разных спектральных классов.
Авторы рассматривают четыре эпохи: до появления жизни, рост количества киислорода, 800 миллионов лет назад, современная Земля. Для всех случаев рассмотрены существенные спектральные детали, которые могут юыть зарегистрированы в случае близких планет (несколько парсек) телескопами ближайшего будущего. Приведено много примеров спектров.
Фантастически звучит? А авторы считают, что вполне реалистично. По их мнению анализ отраженного планетой света может позволить изучать поверхность планет. На основе детального анализа они показывают, что уже следующее поколение телескопов с аппаратурой типа SPHERE (работающей сейчас на VLT) смогут взяться за такую задачу для десятка планет. А когда в будущем появятся телескопы, эквивалентные 60-70 метровым диаметрам, то речь может пойти уже о сотнях планет.
Некоторые коллеги полагают, что в этой работе окончательно решена т.н. "проблема метрового барьера". Дело в том, что в моделях формирования планет есть некоторая незадача. Когда твердые частицы достагиют размеров порядка сантиметров-метра, то газ начинает их сильно тормозить, и частицы должны быстро выпадать на центральную звезду. Только достигнув размера в несколько метров, тела перестают чувствовать газ в столь сильной степени. Проблема в том, чтобы придумать механизм, позволяющий частицам небольшого размера, во-первых, быстро расти, во-вторых, не свалиться на звезду. И вот, кажется, проблема решена.
На самом деле, качественно идея была понятна уже лет 10-15 назад. Надо запустить какие-нибудь неустойчивости в диске, создадутся области повышенного давления. Частицы в них соберутся, будут быстрее расти (или даже могут прямо коллапсировать в планетезимали) и смогут избежать быстрого дрейфа к звезде. Даже неустойчивости были предложены - это т.н. пучковая неустойчивость (streaming instability). Вопрос был в деталях.
Авторы расмотрели эти детали и обнаружили целый ряд неустойчивостей, которые могут помочь быстрому формированию достаточно массивных тел в протопланетных дисках. А дальше мы уже знаем, как вырастить планеты.
В следующем году начнутся активные наблюдения на приборе ESPRESSO на VLT. Он приходит на смену известнейшему HARPS (установлен на 3.6-метровом телескопе), который внес огромный вклад в поиски экзопланет методом лучевых скоростей. Задача нового инструмента - получать стабильные результаты для скоростей в сантиметры в секунду. Т.е., он должен позволить обнаруживать двойников Земли: планеты с массой порядка земной в зонах обитаемости у звезд, подобных Солнцу.
Кроме экзопланетныз задач, у прибора есть и другие научные цели, связанные с изучением звезд и даже космологические исследования. В статье описаны и научные задачи, и конструкция прибора (включая разные режимы работы).
Авторы показывают, что в системе TRAPPIST-1 должна часто происходить покрытия планет планетами. Только наблюдать их трудно. Видимо, JWST справится. Это даст возможность определать параметры планет гораздо точнее. В частности, их массы и эксцентриситеты. Разумеется, есть и другие системы-кандидаты. Их авторы также обсуждают.
НА разных инструментах ведутся поиски целей для изучения атмосфер на крупных телескопах следующего поколения. В данном случае речь идет о доплеровских наблюдениях на HARPS. Изучалась звезда Ross 128 (Proxima Virginis, GJ447, HIP 57548). Это карлик класса М4 примерно в 10 световых годах от нас. Обнаруженная планета имеет массу чуть больше земной. Орбитальный период - 10 дней. В зависимости от параметров атмосферы планета может попадать в зону обитаемости. Планета не транзитная. Авторы полагают, что это хорошая цель для наблюдений на ELT в смысле поиска кислорода в атмосфере. Проксима Центавра ближе, но там звезда неспокойная, что будет мешать наблюдениям.
Как известно, спутник Кеплер уже несколько лет не может наблюдать одну и ту же область неба из-за поломок гироскопов. Однако работы продолжается. Этот этак получин наименование К2.
В статье преставлен каталог из полусотни надежных кандидатов в экзопланеты по данным части наблюдений в рамках программы К2. После выделения кандидатов авторы провели оптическую спектроскопию звезд, вокруг которых заподозрено присутствие экзопланет. Это позволяет отбросить двойные звезды, имитирующие планетные транзиты, а также уточняет оценки радиусов планет (т.к. уточняются параметры звезд).
Фазовая кривая - это изменение блеска экзопланеты на протяжении орбитального периода. Анализ таких данных позволяет вытянуть много данных по экзопланете. В первую очередь речь идет о параметрах атмосферы. Распределение яркости по диску планеты позвооляет судить о циркуляции в ее атмосфере, о ветрах и т.д. Кроме того, планета может быть сплюснутой, что также отразиться в фазовой кривой. Разумеется, речь идет о планетах, очень близких к своим звездам. Наблюдать такие тонкие эффекты непросто, но сейчас есть уже около двух десятков планет, для которых такие данные получены. Все они описаны в обзоре.
Красивый небольшой обзор по наблюдениям протопланетных дисков на приборе SPHERE на VLT. Много картинок (причем не только со SPHERE, но и с ALMA). При этом авторы умудрились еще и рассказать кое-чо важное про физику дела. Всем рекомендую.
Авторы рассматривают параметры зон обитаемости в системах двойных звезд. Основным результатом является получение фитирующих формул для расчета параметров таких зон в случае когда планета вращается вокруг одного из компонентов двойной, или же сразу вокруг всей системы. Метод, правда, подгоночный, а не основан на понятной физике.
См. также полезную статью 1605.06769, посвященную динамике и обитаемости экзопланет в двойных системах.
Очередной обзор, посвященный перспективам дистанционных поисков жизни. Речь идет не только о биомаркерах как таковых, но о biosignatures. Т.е., о всех возможных свидетельствах существования жизни. Поэтому обзор не ограничивается только атмосферами планет типа Земли. А в рассказе о собственно биомаркерах интересно описание процессов, которые приводят к изменениям содержания этих веществ.
Представлен очередной каталог экзопланетных кандидатов по данным Кеплера. Это надежные кандидаты. И их более 8000. Из них более 200 - новые объекты.
Авторы исследовали пару звезд типа Солнца с идентичными кинематическими параметрами и возрастами. Это все указывает на то, что звезды образуют двойную систему. Но есть и отличия: состав внешних слоев. В спектре одной из звезд заметно больше тяжелых элементов. Авторы полагают, что объяснение может состоять в том, что эта звезда поглотила примерно 15 масс Земли каменного вещества. А это тянет, соответственно, на поглощение целой системы каменных планет.
В статье речь идет именно о (потенциально обитаемых) землеподобных планетах вокруг звезд типа Солнца (FGK), т.е. никаких красных карликов и тп. Планеты вроде Проксимы Центавра b и системы Траппист-1 можно будет изучать и крупными наземными инструментами (особенно, если планеты транзитные, как у Трапписта). А вот настоящие двойники Земли можно эффективно характеризовать только из космоса. Причем, инструменты для этого нужны покруче JWST. Поэтому для этого нужны и новые технологии, которых пока нет.
Первым важным шагом станет WFIRST - следующий (после JWST) крупный космический телескоп. На этом инструменте будет коронограф, позволяющий изучать экзопланеты. Там будет опробовано несколько важных технологий. Но WFIRST относительно невелик (как Хаббл), а для достижения цели необходимы гораздо более крупные инструменты.
Существует несколько проектов больших телескопов (HabEx, LUVOIR, OST), у которых затмевающие элементы будут летать на большом расстоянии от самого детекторы. Также рассматриваются и более привычные (но очень продвинутые) коронографы. Возможно, к следующему десятилетнему обзору (decadal survey), который будет определять развитие американской астрофизики на 20-е - 30-е гг., попробуют хотя бы частично определиться с подобными проектами. Хотя мне кажется, что это будет сделано только еще через 20 лет (Decadal Survey 2030), т.к. нужен будет опыт WFIRST и побольше времени, чтобы наработать технологии и набраться опыта, а также определиться с параметрами и конкретными целями (т.е., должны хорошенько поработать и PLATO, и SPICA, и JWST, и 30-40метровые наземные телескопы). Пока предыдущие разработки (проекты TPF, Darwin) остались на бумаге: слишком сложно и дорого.
В случае внешнего диска, убирающего свет звезды, телескоп может и не быть очень крупным (1-2-3 метра), но сам экран долэен быть больишм (десятки метров). Он должен находиться на расстоянии десятки тысяч (!) километров от телескопа. И при этом нужно выдерживать очень точную соосность и тп. (возможно, при создании LISA будут наработаны какие-то из нужных технологий).
В качестве телескопов рассматриваются и 4-метровые монолитные зеркала, и 15-метровые составные-раскладные. Стоимость проекта (с учетом разработки и эксплуатации) явно составить миллиарды долларов. Возможно, понадобятся прототипы. Так изучается возможность запуска экрана, который будет работатьв паре с WFIRST (решение о таком проекте как раз может быть принято на основе следующего Decadal survey 2020)
До середины века NASA считает вопрос "Одни ли мы во вселенной" одним из ключевых и надеется с ним разобраться в этот срок. В смысле надежного обнаружения жизни земного типа на двойнике Земли это выглядит реалистичным.
В обзоре много всяких полезных картинок, таблиц и тп. Рекомендуется всем, кто хочет быть в теме.
В ходе своей эволюции планеты могут падать на свои звезды. Это может происходить из-за приливов, из-за взаимодействия с магнитным полем, наконец, из-за превращения звезды в красный гигант. Все эти аспекты рассмотрены в небольшом обзоре.
Планета WASP-12b настолько близко подобралась к своей звезде, что начала потихоньку перетекать не нее. При этом происходит ряд интересных сопутствующих явлений: часть вещества разбрасывается вокруг, а сама звезда начинает проявлять высокую активность. Эта ситуация и является предметом обзора.
Обзор понятный, но адресован явно специалистам. Т.е. нет "захватывающей популярности".
Описан один из методов обнаружения экзопланет. Периодическая модуляция наблюдаемой картины звездных пульсаций может позволить обнаружить экзопланету, чье гравитационное влияние и вызывает эту модуляцию. Из-за движения звезды относительно центра масс системы время прихода сигнала от нее будет периодически изменяться. Таким методом уже открыто несколько экзопланет (и множество компаньонов двойных систем). Проблемы обычно связаны с устойчивостью периода самих пульсаций. Но метод все-таки работает.
Впервые надежно продемонстрировано наличие стратосферы у экзопланеты. Т.е., в части атмосферы температура растет при удалении от планеты. Такое поведение приводит к появлению эмиссионных линий в спектре, которые и были обнаружены. Сделано это было благодаря наблюдениям на Хаббловском телескопе во время затмения звездой планеты (т.н. вторичное затмение). Планета является газовым гигантом, сильно прогреваемым своей звездой (температура 2700К). Полученные результаты помогают в деле проверки моделей атмосфер экзопланет.
По наблюдениям на инструменте HARPS (ESO) и телескопе Кека выявлено четыре маломассивные экзопланеты вокруг солнцеподобной звезды тау Кита. Пара планет находится в зоне обитаемости. Данные получены по анализу лучевых скоростей. Планеты не транзитные.
Существенно, пожалуй, то, что методами хитрой обработки авторы подобрались вплотную к пределу, позволяющему обнаруживать методом изменения лучевых скоростей полных двойников Земли (параметры звезды, масса, расстояние от звезды).
Наконец, напомним, что кандидаты в экзопланеты обнаруживались у тау Кита и в 2012-13 гг. Два из них воспроизведены в этой работе. Остальные - нет. Так что система явно нуждается в дальнейшем изучении.
Большой материал, посвященный задачам и перспективам экзопланетных исследований. Авторы пытаются выделить ключевые вопросы (и описать соответствующий контекст), на которые смогут хотя бы частично ответит благодаря работе таких проектов ближайшего будущего как JWST, WFIRST, PLATO, крупные наземные телескопы (GMT, E-ELT, TMT) и некоторые другие, а также уже работающие системы, например ALMA. Рассмотрены вопросы, не связанные с жизнью, биомаркерами и тп. Речь идет о физических свойства планет и их систем, хотя атмосферы и свойства поверхности (например, наличие воды) обсуждаются.
Снова рекорды. Самая близкая многопланетная система: 10 световых лет от нас. Самые легкие планеты обнаруженные по лучевым скоростям: 0.75+/-0.13 масс Земли (и еще есть кандидат с массой около 0.5 земной!). Правда, все это планеты у красного карлика (0.13 масс Солнца), находящися близко от звезды: периоды обращения от 2 до 5 дней (а у очень маломассивного кандидата - 1 день).
Авторы моделируют наблюдения спектров атмосфер для 9 небольших планет вокруг близких красных карликов. Показано, что для планет, близких к своим звездам, JWST будет достаточно пронаблюдать около десятка прохождений, чтобы получить спектральную информацию. С планетами в зонах обитаемости сложнее, но и там есть надежды вытянуть состав атмосферы для некоторых вариантов ее состава. Лучшие цели из числа рассмотренных GJ 1132b и TRAPPIST-1b. Но они вне зон обитанемости (ближе к звезде).
Авторы обсуждают концепции трех спутников для астрометрического поиска экзопланет. Все это недорогие аппараты (хотя речь, разумеется, все равно идет о сотнях миллионах евро). И все это только проекты, т.е. ни один из аппаратов не одобрен ESA. Видимо потому, что ожидаемое количество открытий невелико (десятки планетных систем), и нет явных надежд открыть таким способом что-то очень интересное, или как-то качественно продвинуться в понимании экзопланет. Тем не менее, читать описание проектов и их задачи весьма интересно.
STARE (самый дешевый из описанных вариантов - всего пятидюймовый телескоп) предназначен для поиска двойников Земли у какой-нибудь близкой звезды (авторы обсуждают Альфа Центавра). NEAT (его стоимость уже около полумиллиарда евро) предназначен для наблюдения пары сотен ближайших звезд классов F,G, K. Сложность состоит в том, что это не один спутник, а система из двух (фокусное расстояние 40 метров). Theia - модификация NEAT, где все собрано на одной платформе. У этого спутника есть и другие научные задачи (изучение локального темногов ещества), а для экзопланетных поисков предлагается осмотреть 50 звезд. Соединение двух интересных научных задач и новых технологий делает Theia довольно привлекательным проектом.
Обзор по методам дистанционного поиска жизни на экзопланетах. Речь идет об анализе спектров атмосфер и поиске биомаркеров. Написано понятно (почти популярно), но достаточно полно и строго. Так что всем можно смело рекомендовать.
Конечно, первый вопрос: "Если сигнал значимый, то почему не Nature/Science?" Ну а если не значимый .... Тем не менее.
Авторы обнаружили в данных Кеплера транзитные сигналы, которые можно интерпретировать как кометы (а можно, к слову, как астроинженерные сооружения - привет фантазерке Табби!).
Речь идет о нескольких транзитах. Несколько штук - у звезды KIC 3542116, и один у KIC 1108472. Действительно, все параметры (включая оценку массы пыли) хорошо соответствуют ожидаемому сигналу от крупных комет.
Огромный обзор по физике формирования планет.
Просто идеально для изучения соответствующих вопросов. Очень ясное изложение и широчайший охват.
Еще один большой обзор по экзопланетам, в некотором смысле дополняющий предыдущий.
Авторы начинают с того, как определяются параметры звезд и планет, а затем рассматривают ряд конкретных примеров. В конце кратко рассматриваются планы на будущее.
Те же, кого интересует сводка результатов, могут сразу перепрыгнуть на стр. 23, где они обнаружат большую таблицу с параметрами звезд (как тех, вокруг которых есть известные экзопланеты, так и тех, у которых планеты пока не найдены), для которых есть хорошие интерферометрические измерения размера.
Авторы используют большой объем данных по микролинзированию (2617 событий), чтобы исследовать параметры свободно летающих планет и планет на очень широких орбитах.
Показано, что число массивных планет с такими свойствами невелико: менее одной планеты на 4 звезды Главной последовательности. А вот с менее массивными планетами ситуация менее ясна. Среди событий микролинзирования есть неплохие кандидаты в события, связанные с такими объектами. Поэтому число свободно летающих планет земной и сверхземной массы может быть велико. Это находится в соответствии с современными моделями формирования планет.