Перекрытие звездных пятен раскрывает природу «семьи» красного карлика
По мере того, как наблюдения атмосфер экзопланет становятся все более точными, как никогда важно правильно учитывать влияние звездных пятен на звезды-хозяйки. Идеальная возможность для изучения звездных пятен возникает, когда транзитная планета проходит непосредственно через них — явление, известное как транзит через пятно.
Международная исследовательская группа под руководством ученых из Астробиологического центра (Токио, Япония) объединила данные наземных наблюдений, чтобы выявить подробные характеристики звездных пятен и орбитальную геометрию планетной системы у звезды TOI-3884. Исследование опубликовано в издании The Astronomical Journal.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) NASA произвел революцию в изучении атмосфер экзопланет. Наблюдения за атмосферой основаны главным образом на транзитах — периодах времени, когда планета проходит между наблюдателем и своей звездой и перекрывает часть ее света. Сравнивая глубину транзита на разных длинах волн, астрономы могут распознать атомы и молекулы в атмосфере планеты.
JWST позволяет обнаруживать едва заметные различия в глубине транзита, составляющие всего 0,01%. Однако эта беспрецедентная точность также требует учета эффектов, ранее скрытых в фоновом «шуме», вызванном, например, звездными пятнами — более холодными и темными областями на поверхности звезды. Звездные пятна могут имитировать или маскировать атмосферные сигналы планет, поэтому крайне важно понимать и учитывать их влияние.
TOI-3884 — красный карлик, расположенный примерно в 140 световых годах от нас. Вокруг него обращается планета TOI-3884b, «сверхнептун», радиус которого примерно в шесть раз больше радиуса Земли. Транзиты TOI-3884b демонстрируют устойчивый сигнал пересечения звездных пятен. Такие системы встречаются крайне редко и предоставляют ценную возможность одновременно изучать как свойства пятен, так и геометрию планетной системы.
Предыдущие исследования дали противоречивые результаты относительно ключевых параметров системы TOI-3884, таких как наклон звездной оси и скорость вращения. Целью настоящего исследования было разрешение этих противоречий с помощью более точных наземных наблюдений.
Для регистрации транзитов пересечений пятен группа использовала многоцветные приборы MuSCAT3 и MuSCAT4, установленные на двухметровых телескопах обсерватории Лас-Кумбрес (LCO). С февраля по март 2024 года они наблюдали три транзита и успешно выявили четкие сигналы пересечений пятен. Цветовая зависимость сигнала дает важную информацию о температуре этих областей на поверхности звезды.
Анализ кривых блеска показал, что звездные пятна примерно на 200 К холоднее остальной поверхности звезды (3150 К) и покрывают примерно 15% видимого звездного диска. Кроме того, три транзитные кривые блеска показывают изменения формы сигнала, передаваемого из области пятна. Поскольку эти изменения происходят в течение короткого промежутка времени, они, скорее всего, вызваны вращением звезды, а не эволюцией пятна.
Группа провела фотометрический мониторинг, используя глобальную сеть метровых телескопов LCO. С декабря 2024 года по март 2025 года они измеряли изменения блеска звезды несколько раз за ночь и обнаружили четкие периодические колебания. Это впервые показало, что период обращения звезды составляет 11,05 земных суток. Для сравнения, Солнце делает полный оборот вокруг своей оси за 28 дней.
Измеренный период вращения согласуется со смещением положения пятен, полученным из наблюдений транзита, что позволило команде получить уникальное решение для геометрии системы. Они обнаружили, что ось вращения звезды и ось орбиты планеты смещены примерно на 62°. TOI-3884 представляет собой планетарную систему с аномально большим наклонением. Такие параметры обычно объясняются прошлыми гравитационными взаимодействиями с массивными планетами или звездными компаньонами, однако о существовании таких компаньонов ничего не известно, что делает эту систему особенно заманчивой для исследователей.
Полученные данные также дают новое представление о магнитной активности звезд. Крупные полярные пятна часто связывают с сильными магнитными полями быстро вращающихся светил. Однако TOI-3884 вращается без особого фанатизма, но все же имеет гигантское полярное пятно. Это наводит на мысль о том, что полярные пятна могут быть особенностью красных карликов.
О критериях, по которым экзопланеты исключают из списка кандидатов в обитаемые миры, читайте тут.
