Звезды переменной яркости скрывают от нас тысячи экзопланет: вывод ученых
Звезды, которые то становятся ярче, то тускнеют в течение нескольких часов или дней, ученые называют переменными или (дословно) «темпераментными». Как полагают авторы нового исследования из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCL), эти непостоянные светила могут искажать наше представление о тысячах отдаленных планет.
Большая часть информации, которой мы располагаем о планетах за пределами Солнечной системы (экзопланетах), поступает из наблюдений за паузами в звездном свете, когда эти планеты проходят между звездой-хозяйкой и земным наблюдателем.
Этот метод наблюдения может дать представление о размерах планеты (если посмотреть, насколько сильно блокируется звездный свет), и о составе ее атмосферы (если посмотреть, как планета изменяет структуру проходящего вокруг нее звездного света).
Но новое исследование, опубликованное в приложении к Astrophysical Journal, показало, что колебания звездного света из-за более горячих и холодных областей на поверхности звезды могут искажать наши представления о планетах гораздо сильнее, чем мы думали ранее.
Исследователи изучили атмосферы 20 планет размером с Юпитер и Нептун и обнаружили, что переменность материнских звезд искажает данные для половины из них.
По словам команды, если бы исследователи должным образом не учли эти различия, они могли бы неверно истолковать ряд особенностей, таких как размер планет, температура и состав их атмосфер. Астрономы добавили, что риск неправильного толкования был преодолим, если учитывать диапазон длин волн света, в том числе в видимой части спектра, где эффекты звездного «загрязнения» наиболее очевидны.
Ведущий автор исследования, доктор Арианна Саба, для которой работа стала частью докторской диссертации в UCL: «Эти результаты стали неожиданностью — мы обнаружили большее звездное «загрязнение» данных, чем ожидали. Уточняя наше понимание того, как изменчивость яркости звезд может повлиять на интерпретацию экзопланет, мы можем усовершенствовать наши модели и более рационально использовать обширные наборы данных, полученные телескопами James Webb, Ariel и Twinkle.
Второй автор Алекс Томпсон, аспирант Калифорнийского университета по физике и астрономии, который занимается исследованиями родительских звезд экзопланет: «Мы узнаем об экзопланетах по свету их звезд-хозяек, и иногда бывает трудно отличить сигнал от звезды и то, что исходит от планеты».
«Некоторые звезды можно охарактеризовать как «неоднородные» — на их поверхности преобладают холодные области, которые темнее, но есть и горячие области, которые ярче. Это связано с особенностями магнетизма звезды».
«Более горячие и яркие области (факелы) излучают в разы больше света, и поэтому, например, если планета проходит перед самой горячей частью звезды, это может привести к переоценке размеров планеты, поскольку будет казаться, что она блокирует больше света звезды. Либо мы можем сделать вывод, что планета горячее, чем есть на самом деле, или имеет более плотную атмосферу. Обратное случается, если планета проходит перед холодным звездным пятном, из-за чего она кажется «меньше» или «холоднее», но на самом деле это не точно».
«С другой стороны, уменьшение испускаемого звездным пятном света может просто имитировать эффект прохождения планеты перед звездой, заставляя вас думать, что планета там есть, когда там ее нет. Вот почему регулярные многолетние наблюдения так важны для подтверждения обнаружения экзопланет».
Для исследования ученые использовали 20-летние наблюдения с космического телескопа Хаббл, объединив данные двух приборов телескопа- спектрографа визуализации космического телескопа (STIS) и широкоугольной камеры WFC3.
Астрономы обработали и проанализировали по единому алгоритму данные по каждой планете, сводя к минимуму погрешности, возникающие при обработке наборов данных разными методами.
Команда изучила, какая комбинация атмосферных и звездных моделей лучше всего соответствует полученным данным, сравнив модели, которые учитывали звездную изменчивость, с более простыми моделями, которые предполагали неизменную яркость звезды. Они обнаружили, что данные по шести планетам из 20 проанализированных лучше согласуются с моделями, скорректированными с учетом изменчивости звезд, а шесть других планет, возможно, подверглись незначительному загрязнению от своей звезды-хозяйки.
Ученые проанализировали свет в видимом, ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, используя тот факт, что искажения от звездной активности гораздо более заметны в ближнем ультрафиолетовом и видимом (оптическом) диапазонах, чем на более длинных волнах в среднем инфракрасном диапазоне.
Команда описала два способа оценки того, может ли звездная переменность влиять на характеристики планеты.
Доктор Саба объясняет: «Первый метод заключается в том, чтобы посмотреть на общую форму спектра — то есть на структуру света на разных длинах волн, прошедшего «через» планету от звезды, — чтобы понять, может ли это быть объяснено только характеристиками планеты или необходим учет неравномерной звездной активности. Другой способ заключается в проведении двух наблюдений одной и той же планеты в оптической области спектра, сделанных в разное время. Если эти наблюдения сильно отличаются друг от друга, вероятным объяснением является переменная звездная активность».
Алекс Томпсон: «При правильном выборе длины волны можно избежать риска неправильной интерпретации. Оптические наблюдения на коротких длинах волн, подобные тем, которые использовались в этом исследовании, особенно полезны, поскольку именно здесь эффекты звездного «загрязнения» наиболее очевидны».
Сейчас ученые пытаются подтвердить признаки жизни на экзопланете в звездной системе HD 20794.
