ТРАНЗИТНЫЕ ЭКЗОПЛАНЕТЫ

Вика Воробьева

На данный момент существует несколько методов поиска экзопланет (т.е. планет у соседних звезд). Это:
1. Метод доплеровской спектроскопии (он же метод лучевых скоростей)
2. Наблюдения транзитов
3. Наблюдения событий микролинзирования
4. Прямое получение изображений экзопланет с помощью инфракрасных телескопов.
Метод доплеровской спектроскопии основан на том факте, что, строго говоря, не планета вращается вокруг звезды, а и планета, и звезда вращаются вокруг общего центра масс. Вращение звезды вокруг центра масс системы "звезда + планета" приводит к тому, что линии в ее спектре периодически смещаются то в одну, то в другую сторону. Скорость звезды, "наведенная" планетой, оказывается порядка всего нескольких десятков или даже единиц метров в секунду, однако прецизионные спектральные наблюдения позволяют ее обнаружить. Именно методом доплеровской спектроскопии было открыто большинство экзопланет.
Однако у этого метода есть и свой недостаток. Он позволяет измерить только лучевую скорость звезды (скорость звезды вдоль луча зрения), и ничего не говорит о ее тангенциальной скорости (скорости поперек луча зрения). В зависимости от того, как ориентирована орбита экзопланеты, полная скорость звезды может быть как близкой к лучевой (измеренной) скорости, так и многократно превосходить ее. Соответственно, с помощью метода доплеровской спектроскопии можно получить не истинную массу экзопланеты, а лишь параметр m sin i (т.е. произведение массы планеты на синус угла наклона ее орбиты к лучу зрения). Поскольку синус любого угла меньше или равен единице, параметр m sin i имеет смысл минимальной массы экзопланеты.

С помощью спектроскопических наблюдений можно узнать только лучевую скорость звезды (красный вектор). Если наклонение плоскости орбиты к лучу зрения (угол i) близок к нулю (планетная система наблюдается "плашмя"), колебания лучевой скорости звезды также будут близки к нулю даже при наличии массивной планеты. Если наклонение близко к 90 градусам (планетная система наблюдается "с ребра"), возможны т.н. транзиты - прохождение планеты по диску звезды.

Метод наблюдения транзитов основан на том, что при наблюдении планетной системы "с ребра" планета, с точки зрения земного наблюдателя, может периодически проходить по диску звезды, незначительно (обычно на 1-3%) ослабляя ее блеск. Точные фотометрические наблюдения позволяют построить "световую кривую" (график зависимости блеска звезды от времени) и найти период планеты и ее радиус. К недостаткам метода наблюдения транзитов можно отнести низкую вероятность транзитной конфигурации. При углах наклона орбиты планеты, всего на 3-4 градуса отличающихся от 90 градусов, планета "пройдет" выше или ниже диска звезды, и транзитов не будет.
Кроме того, одного факта наблюдения транзита еще недостаточно, чтобы сказать, что открыта именно экзопланета. Горячие гиганты, коричневые карлики и маломассивные звезды главной последовательности имеют один и тот же размер, равный 1-1,5 диаметров Юпитера (но при этом разную массу и среднюю плотность). Чтобы подтвердить планетную природу транзитного кандидата, необходимо определить его массу из спектральных наблюдений звезды и убедиться, что она не превышает 13 масс Юпитера.
Особенно интересных результатов можно добиться, совмещая метод наблюдения транзитов и метод доплеровской спектроскопии. Наблюдая одну и ту же звезду обоими методами, можно найти как истинную массу, так и радиус экзопланеты, а значит, и ее среднюю плотность, и вторую космическую скорость. Это позволяет оценить химический состав планеты и физические условия на ней.

На данный момент (конец апреля 2008 года) известно 50 транзитных планет, 49 из них являются горячими гигантами. Это:
CoRoT-Exo-1 b
CoRoT-Exo-2 b
CoRoT-Exo-4 b (CoRoT-Exo-3 b - коричневый карлик)
CoRoT-Exo-5 b
GJ 436 b
HAT-P-1 b
HAT-P-2 b (она же HD 147506 b)
HAT-P-3 b
HAT-P-4 b (она же BD+36 2593 b)
HAT-P-5 b
HAT-P-6 b
HAT-P-7 b
HD 149026 b
HD 17156 b
HD 189733 b
HD 209458 b
Lupus-TR-3 b
OGLE-TR-10 b
OGLE-TR-111 b
OGLE-TR-113 b
OGLE-TR-132 b
OGLE-TR-182 b
OGLE-TR-211 b
OGLE-TR-56 b
SWEEPS-4
SWEEPS-11
TrES-1
TrES-2
TrES-3
TrES-4
WASP-1 b
WASP-2 b
WASP-3 b
WASP-4 b
WASP-5 b
WASP-6 b
WASP-7 b
WASP-8 b
WASP-9 b
WASP-10 b
WASP-11 b
WASP-12 b
WASP-13 b
WASP-14 b
WASP-15 b
XO-1 b
XO-2 b
XO-3 b
XO-4 b
XO-5 b

Свойства этих планет (за исключением планет SWEEPS-4 и SWEEPS-11, данные для которых еще слишком неточны) приведены в Таблице. Синим цветом выделен единственный пока транзитный нептун (по температурному режиму - очень теплый).

планета	большая полуось, а.е.	масса, масс Юпитера	радиус, радиусов Юпитера	средняя плотность, г/куб.см	вторая космическая скорость, км/сек
CoRoT-Exo-1 b	?	1.3	1.65 + 0.15	0.38 + 0.10	53.4 + 2.4
CoRoT-Exo-2 b	0.029	3.53 + 0.24	1.43 + 0.05	1.6 + 0.2	94.6 + 3.6
CoRoT-Exo-4 b	0.093 + 0.0024	0.73 + 0.1	1.17 + 0.075	0.60 + 0.12	47.6 + 3.4
CoRoT-Exo-5 b	0.049	0.86	1.2	0.66	51
GJ 436 b	0.029 + 0.002	0.07 + 0.003	0.39 + 0.04	1.56 + 0.48	25.5 + 1.4
HAT--P-1 b	0.055 + 0.002	0.53 + 0.04	1.36 + 0.1	0.28 + 0.06	37.4 + 2.0
HAT--P-2 b	0.068 + 0.002	8.2 + 0.7	1.18 + 0.16	6.6 + 2.7	158 + 13
HAT-P-3 b	0.039	0.61 + 0.03	0.89 + 0.05	1.06 + 0.17	49.8 + 1.9
HAT-P-4 b	0.045 + 0.001	0.68 + 0.04	1.27 + 0.05	0.41 + 0.06	44.0 + 1.6
HAT-P-5 b	0.041 + 0.001	1.06 + 0.11	1.26 + 0.05	0.66 + 0.11	55.0 + 3.1
HAT-P-6 b	0.052 + 0.001	1.06 + 0.12	1.33 + 0.06	0.56 + 0.05	53.5 + 3.3
HAT-P-7 b	0.0377 + 0.0005	1.776 + 0.08	1.36 + 0.2	0.93 + 0.41	68.8 + 5.3
HD 149026 b	0.042	0.36 + 0.03	0.725 + 0.03	1.25 + 0.19	42.4 + 2.0
HD 17156 b	0.15	3.08	1.15 + 0.11	2.68 + 0.77	98.5 + 4.7
HD 189733 b	0.031	1.15 + 0.05	1.156 + 0.03	0.98 + 0.08	60.0 + 1.3
HD 209458 b	0.045	0.69 + 0.05	1.32 + 0.25	0.40 + 0.23	43.5 + 5.0
Lupus-TR-3 b	0.0464 + 0.0007	0.81 + 0.18	0.89 + 0.07	1.4 + 0.4	57.4 + 6.8
OGLE-TR-10 b	0.042	0.63 + 0.14	1.26 + 0.07	0.42 + 0.12	42.6 + 4.9
OGLE-TR-111 b	0.047 + 0.001	0.53 + 0.11	1.07 + 0.06	0.57 + 0.15	42.2 + 4.6
OGLE-TR-113 b	0.023	1.32 + 0.2	1.09 + 0.03	1.34 + 0.23	66.2 + 5.2
OGLE-TR-132 b	0.031 + 0.001	1.19 + 0.13	1.13	1.09 + 0.12	61.7 + 3.4
OGLE-TR-182 b	0.051 + 0.001	1.01 + 0.15	1.13 + 0.13	0.93 + 0.35	56.9 + 5.3
OGLE-TR-211 b	0.051 + 0.001	1.03 + 0.20	1.36 +0.18/-0.09	0.54 + 0.24	52.4 + 7.0
OGLE-TR-56 b	0.023	1.29 + 0.12	1.3 + 0.05	0.78 + 0.12	59.9 + 3.3
TrES-1	0.039 + 0.001	0.61 + 0.06	1.08 + 0.03	0.64 + 0.07	45.2 + 2.3
TrES-2	0.037 + 0.001	1.28 + 0.09	1.24 + 0.09	0.89 + 0.20	61.1 + 3.1
TrES-3	0.023 + 0.001	1.92 + 0.23	1.3 + 0.08	1.16 + 0.25	73.1 + 4.4
TrES-4	0.049 + 0.002	0.84 + 0.1	1.67 + 0.1	0.22 + 0.045	42.7 + 2.8
WASP-1 b	0.038 + 0.001	0.89 + 0.2	1.44 + 0.08	0.39 + 0.11	47.3 + 5.5
WASP-2 b	0.03 + 0.01	0.88 + 0.11	1.04 + 0.06	1.03 + 0.22	55.3 + 3.8
WASP-3 b	0.03	1.83	1.38	0.92	69
WASP-4 b	0.023	1.27	1.44	0.58	57
WASP-5 b	0.027	1.6	1.13	1.45	71
WASP-6 b	0.044	0.5	1.3	0.30	37
WASP-7 b	0.057	0.86	0.88	1.67	59
WASP-8 b	0.079	2.23	1.17	1.84	83
WASP-9 b	0.031	2.3	1.3	1.38	80
WASP-10 b	0.037	3.06	1.29	1.88	93
WASP-11 b	0.047	0.47	0.94	0.75	42.5
WASP-12 b	0.021	1.12	1.68	0.31	49
WASP-13 b	0.052	0.37	0.99	0.50	37
WASP-14 b	0.0335	7.77	1	10.3	168
WASP-15 b	0.047	0.55	1.4	0.27	38
XO-1 b	0.049 + 0.001	0.9 + 0.07	1.18 + 0.04	0.72 + 0.09	52.6 + 2.2
XO-2 b	0.037 + 0.002	0.57 + 0.06	0.97 + 0.03	0.83 + 0.12	46.1 + 2.5
XO-3 b	?	12	?	?	?
XO-4 b	0.056 + 0.001	1.72 + 0.2	1.34 + 0.05	0.95 + 0.15	68 + 4
XO-5 b	0.051	1.15 + 0.08	1.15 + 0.12	1.0 + 0.3	60 + 3

Ниже приведены графики зависимости второй космической скорости (скорости убегания) транзитной экзопланеты от расстояния до центральной звезды, и аналогичный график зависимости второй космической скорости от приведенного расстояния до центральной звезды (т.е. от параметра R/Rэф). Видно, что точки ложатся примерно вдоль наклонной прямой: чем ближе к звезде, тем выше вторая космическая скорость у транзитной планеты. Видимо, совсем близкие горячие гиганты с относительно малой второй космической скоростью попросту не выживают и испаряются.

График зависимости второй космической скорости транзитной экзопланеты (скорости убегания) от расстояния до центральной звезды (а.е.) Серыми точками показаны планеты: 1 - HAT-P-1 b, 2 - HAT-P-2 b и т.д., Салатовыми точками показаны планеты: 1 - HD 149026 b, 2 - HD 17156 b, 3 - HD 189733 b, 4 - HD 209458 b. Красными точками показаны планеты: 1 - OGLE-TR-10 b, 2 - OGLE-TR-111 b, 3 - OGLE-TR-113 b, 4 - OGLE-TR-132 b, 5 - OGLE-TR-56 b, 6 - OGLE-TR-182 b, 7 - OGLE-TR-211 b. Лиловыми точками показаны планеты: 1 - TrES-1, 2 - TrES-2 и т.д. Желтыми точками показаны планеты WASP-1 b, WASP-2 b, WASP-3 b, WASP-4 b, WASP-5 b и т.д. Черными точками показаны планеты XO-1 b, XO-2 b и т.д. Синими точками показаны планеты CoRoT-Exo-2 b и т.д. Голубой точкой показана планета GJ 436 b. Розовой точкой показана планета Lupus-TR-3 b.

График зависимости второй космической скорости транзитной экзопланеты (скорости убегания) от приведенного расстояния до центральной звезды R/Rэф. Серыми точками показаны планеты: 1 - HAT-P-1 b, 2 - HAT-P-2 b и т.д., Салатовыми точками показаны планеты: 1 - HD 149026 b, 2 - HD 17156 b, 3 - HD 189733 b, 4 - HD 209458 b. Красными точками показаны планеты: 1 - OGLE-TR-10 b, 2 - OGLE-TR-111 b, 3 - OGLE-TR-113 b, 4 - OGLE-TR-132 b, 5 - OGLE-TR-56 b, 6 - OGLE-TR-182 b, 7 - OGLE-TR-211 b. Лиловыми точками показаны планеты: 1 - TrES-1, 2 - TrES-2 и т.д. Желтыми точками показаны планеты WASP-1 b, WASP-2 b, WASP-3 b, WASP-4 b, WASP-5 b, и т.д. Черными точками показаны планеты XO-1 b, XO-2 b и т.д. Голубой точкой показана планета GJ 436 b. Розовой точкой показана планета Lupus-TR-3 b.

Интересно, что если на первом графике транзитные горячие гиганты буквально толпятся на пятачке в области 0.04-0.05 а.е. и скорости убегания 40-50 км/сек, второй график показывает заметное разнообразие температурных режимов транзитных планет (вызванное разной светимостью родительских звезд). Самой нагретой планетой из известных является OGLE-TR-113 b - для нее отношение R/Rэф составляет всего 0.013!

Ниже приведен график зависимости средней плотности горячего юпитера от расстояния до центральной звезды. Видно, что средние плотности транзитных планет меняются в достаточно широких пределах даже при одинаковых расстояниях до центральной звезды, что может говорить о разном химическом составе и строении этих планет. Интересно, что средняя плотность самых массивных планет (8-12 масс Юпитера) может достигать 8-9 г/куб.см, что говорит о сильном сжатии металлического водорода в их недрах.

График зависимости средней плотности транзитной экзопланеты от расстояния до центральной звезды. Серыми точками показаны планеты: 1 - HAT-P-1 b, 2 - HAT-P-2 b и т.д., Салатовыми точками показаны планеты: 1 - HD 149026 b, 2 - HD 17156 b, 3 - HD 189733 b, 4 - HD 209458 b. Красными точками показаны планеты: 1 - OGLE-TR-10 b, 2 - OGLE-TR-111 b, 3 - OGLE-TR-113 b, 4 - OGLE-TR-132 b, 5 - OGLE-TR-56 b, 6 - OGLE-TR-182 b, 7 - OGLE-TR-211 b. Лиловыми точками показаны планеты: 1 - TrES-1, 2 - TrES-2 и т.д. Желтыми точками показаны планеты WASP-1 b, WASP-2 b, WASP-3 b, WASP-4 b, WASP-5 b, и т.д. Черными точками показаны планеты XO-1 b, XO-2 b и т.д. Синими точками показаны планеты CoRoT-Exo-2 b и т.д. Голубой точкой показана планета GJ 436 b. Розовой точкой показана планета Lupus-TR-3 b.

Ниже приведен аналогичный график зависимости средней плотности транзитной экзопланеты от приведенного расстояния до центральной звезды R/Rэф.

График зависимости средней плотности транзитной экзопланеты от приведенного расстояния до центральной звезды R/Rэф. Серыми точками показаны планеты: 1 - HAT-P-1 b, 2 - HAT-P-2 b и т.д., Салатовыми точками показаны планеты: 1 - HD 149026 b, 2 - HD 17156 b, 3 - HD 189733 b, 4 - HD 209458 b. Красными точками показаны планеты: 1 - OGLE-TR-10 b, 2 - OGLE-TR-111 b, 3 - OGLE-TR-113 b, 4 - OGLE-TR-132 b, 5 - OGLE-TR-56 b, 6 - OGLE-TR-182 b, 7 - OGLE-TR-211 b. Лиловыми точками показаны планеты: 1 - TrES-1, 2 - TrES-2 и т.д. Желтыми точками показаны планеты WASP-1 b, WASP-2 b и т.д. Черными точками показаны планеты XO-1 b, XO-2 b и т.д. Голубой точкой показана планета GJ 436 b. Розовой точкой показана планета Lupus-TR-3 b.

 

наверх

к оглавлению