Без сомнения, многие слышали о более чем двух тысячах кандидатов в экзопланеты, открытых работающим в космосе телескопом «Кеплер». Этот инструмент ищет планеты транзитным методом, который основан на обнаружении микрозатмений звезды, вызываемых прохождением планеты перед ее диском. Если планета, как бы мала она ни была, проходит перед диском своей звезды, она частично закрывает собой звезду, и блеск звезды немного падает. Величина падения зависит от размеров планеты и ее звезды. Поэтому транзитный метод позволяет определить радиусы планет, а также их период обращения и некоторые другие элементы орбиты.

Транзитный метод. Блеск звезды падает, когда ее частично загораживает проходящая перед ней планета. Источник: Science Magazine

Однако этого недостаточно, чтобы быть уверенным, что обнаруженный кандидат именно планета, а не маломассивная звезда или коричневый карлик. Для подтверждения нужно знать массу кандидата. А это требует требует серьезного анализа и дополнительных наблюдений на наземных телескопах. В некоторых случаях существующие мощности наземных инструментов оказываются совершенно недостаточными для окончательной классификации найденных объектов. Как следствие, число подтвержденных планет «Кеплера» растет гораздо медленнее числа новых кандидатов.

К счастью в некоторых случаях есть путь для быстрого подтверждения кандидатов. Исследуя транзиты какого-нибудь кандидата, астрономы иногда обнаруживают некоторые отклонения в их периодичности. То есть объект совершает виток по орбите то с легким запаздыванием, то с опережением графика. Как и в случае с Солнечной системой, где таким образом была открыта планета Нептун, объяснение неравномерного движения кандидата заключается в присутствии еще одного, невидимого тела, которое гравитационно влияет на него. Благодаря исследованию вариаций времени транзитов — так называется этот метод — астрономы открыли уже не одну дополнительную нетранзитную планету в транзитных системах.

Теперь же метод вариаций времени транзитов поставлен на поток. Сегодня команда ученых, работающая с данными «Кеплера», опубликовала в препринтах статью с подтверждением сразу 27 планет в 13 многопланетных системах, открытых космическим телескопом. Суть их работы проста: во-первых, кандидаты в многопланетных системах должны иметь вариации времени транзитов. Исследуя их, астрономы доказывают взаимное влияние планет друг на друга и таким образом подтверждают, что кандидаты принадлежат одной звезде, а не разным (в поле зрения «Кеплер» находятся более 100 тысяч звезд, многие из которых расположены очень тесно друг к другу, искажая данные). Во-вторых, высчитывается верхний предел на массу кандидатов исходя из элементарных требований динамической стабильности системы.

В результате планеты были подтверждены за гораздо меньшее время, чем обычно, без скрупулезного анализа, отсеивания ошибочных результатов научного исследования и т. д.

массы планет, открытых методом вариаций тайминга транзитов

Массы подтвержденных планет. В левой колонке — номер планеты (Kepler-48b и т. д.), в центре обозначение по каталогу KOI, справа — максимальная масса, выраженная в массах Юпитера (масса Юпитера равна 318 масс Земли)Источник: Jason H. Steffen, Daniel C. Fabrycky, Eric Agol и др. (2012)

Максимальная масса планет варьируется от 0,10 (Kepler-50b) до 18,86 (Kepler-57b) масс Юпитера. Все найденные планеты представляют собой, вероятно, газовые гиганты. Три из них (с максимальной массой больше 13 масс Юпитера) могут оказаться коричневыми карликами. 6 пар планет обращаются по орбитам в резонансе 2:1 (за 2 оборота одной планеты, вторая успевает совершить лишь один), пять пар вращается с резонансом близким к 3:2. Еще по одной паре имеют резонансы 4:3 (Kepler-60 c и d) и 6:5 (Kepler-50).

Еще одна интересная система — Kepler-56 (KOI-1241). Две транзитные планеты вращаются вокруг звезды 12 звездной величины; это далекая звезда-гигант, в 3 раза больше Солнца по диаметру и имеющая эффективную температуру 4900 К, — одна из самых крупных звезд, у которых обнаружены транзитные экзопланетные системы.

Данные о звездах. Первые три столбца — обозначения звезд по каталогам Кеплера, четвертый столбец — звездная величина в полосе «Кеплера», далее идут эффективная температура, ускорение силы тяжести на поверхности звезды, ее радиус и масса, выраженные в массах Солнца. Источник: Jason H. Steffen, Daniel C. Fabrycky, Eric Agol и др. (2012)