Астрономічна команда під керівництвом Хуана Еспіноси-Ретамаля (Juan I. Espinoza-Retamal) повідомила про відкриття TOI-4507 b — транзитної планети класу "саб-Сатурн", яка потрапляє до рідкісної категорії "superpuff" (буквально "надпухнаста"). Дослідження опубліковане в Astrophysical Journal Letters.
Головна особливість планети — її густина. При масі, обмеженій зверху 20 масами Землі, TOI-4507 b має густину менше 0.2 г/см³. Для порівняння: Сатурн, сам по собі найлегша планета Сонячної системи, легший за воду, а TOI-4507 b — легша навіть за Сатурн. Такі планети складаються переважно з водню й гелію в надзвичайно розрідженій, розбухлій атмосфері, яка оточує відносно невелике тверде ядро.
Транзит зафіксували TESS і антарктичний ASTEP
Планету виявили за методом транзитів — періодичним послабленням світла зірки, коли планета проходить перед її диском. Перші сигнали зафіксував космічний телескоп TESS, який спеціалізується на пошуку екзопланет навколо яскравих і близьких зірок.
Підтвердження прийшло з несподіваного місця — наземного телескопа ASTEP, розташованого в Антарктиді. Полярна ніч там триває місяцями, що дозволяє вести безперервні спостереження за зірками без звичайних перерв на день. Це особливо важливо для планет з довгими орбітальними періодами, коли транзит трапляється рідко і його легко пропустити.
Щоб підтвердити планетну природу сигналу і виміряти масу, команда використала дані радіальних швидкостей із трьох спектрографів: HARPS, FEROS та CORALIE. Спільний аналіз кривих блиску і швидкостей дозволив обмежити масу планети величиною менше 20 мас Землі з довірчою імовірністю 95%.
Орбіта з періодом 105 днів — рекорд для "пухнастих" планет
TOI-4507 b обертається навколо своєї зірки за 105 днів — це найдовший орбітальний період серед усіх відомих на сьогодні superpuff-планет. Більшість подібних об'єктів знайдено на набагато тісніших орбітах, ближче до зірки.
Зірка-господар — молода зірка спектрального класу F віком лише 700 мільйонів років. Для порівняння, вік Сонячної системи — понад 4.5 мільярда років, тож TOI-4507 — система на ранньому етапі свого існування.
Поєднання молодого віку зірки, широкої орбіти і вкрай низької густини робить планету цікавим тестовим випадком: за таких умов атмосфера ще не встигла суттєво розсіятися під дією зоряного випромінювання, тому TOI-4507 b дає рідкісну можливість вивчати "пухнасту" атмосферу майже в її первісному стані.
Ефект Росітера-МакЛафліна вказав на проградну орбіту
Окремий блок вимірювань стосувався орієнтації орбіти планети відносно осі обертання зірки. Для цього дослідники скористалися ефектом Росітера-МакЛафліна — явищем, коли планета під час транзиту послідовно закриває то ту частину зоряного диска, яка обертається до спостерігача, то ту, що обертається від нього. Це спотворює спектральні лінії зірки характерним чином, за яким можна відновити кут нахилу орбіти планети відносно екватора зірки — так звану проекційну обліквіті (obliquity).
Вимірювання дали значення λ = −15 (від −44 до +50)°, а з довірчою імовірністю 3σ кут не перевищує 80°. Це означає, що орбіта TOI-4507 b — проградна: планета рухається в тому ж напрямку, в якому обертається сама зірка.
TOI-4507 — одна з найдовшоперіодичних систем, для яких взагалі вдалося виміряти зоряну обліквітіз публікації команди Хуана Еспіноси-Ретамаля, Astrophysical Journal Letters
Такі вимірювання зазвичай легше проводити для тісних, короткоперіодичних планет, де транзит трапляється часто і сигнал сильніший. Для планети з періодом 105 днів отримати надійний результат значно складніше, що робить TOI-4507 b рідкісним прикладом у цій статистиці.
Що це дає для теорій формування планет
Поєднання трьох рідкісних характеристик — молодого віку системи, широкої орбіти і аномально низької густини — робить TOI-4507 b важливим об'єктом для перевірки моделей формування та еволюції планетних атмосфер. Зокрема, дослідників цікавить, чому такі розбухлі оболонки не розсіюються з часом під дією зоряного вітру та випромінювання, і як орбіти подібних планет вирівнюються (чи ні) з обертанням своєї зірки на ранніх етапах існування системи.
