TESS помогает понять ультрагорячий мир

«У KELT-9b очень высок фактор странности», - рассказывает Джон Алерс, астроном из Ассоциации космических исследований университетов в Колумбии и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте. «Это гигантская планета на очень близкой, почти полярной орбите вокруг быстро вращающейся звезды, и эти особенности усложняют понимание звезды и ее влияние на планету».

Расположенная на расстоянии около 670 световых лет в созвездии Лебедя, KELT-9 b была обнаружена в 2017 году во время транзита. Транзиты регулярно снижают светимость звезды на небольшое, но заметное количество. Транзиты KELT-9 b впервые были обнаружены с помощью транзитной съемки проекта KELT, который собрал наблюдения с двух роботизированных телескопов, расположенных в Аризоне и Южной Африке.

В период с 18 июля по 11 сентября 2019 года, в рамках годовой кампании миссии по наблюдению за северным небом, TESS (Transit Exoplanet Survey Survey) наблюдал 27 проходов KELT-9 b, проводя измерения каждые 2 минуты. Эти наблюдения позволили команде смоделировать необычную звезду системы и ее влияние на планету.

KELT-9 b - мир газового гиганта, примерно в 1,8 раза больше Юпитера, в 2,9 раза больше его массы. Приливные силы заблокировали его вращение, поэтому одна и та же сторона всегда обращена к звезде. Всего за 36 часов планета вращается вокруг звезды на орбите, которая переносит ее почти прямо над обоими полюсами звезды.

KELT-9 b получает в 44 000 раз больше энергии от звезды, чем Земля от Солнца. Дневная температура планеты около 7800 градусов по Фаренгейту (4300 градусов по Цельсию), что выше, чем у некоторых звезд. Такой интенсивный нагрев заставляет атмосферу планеты улетучиваться в космос.

Звезда-хозяйка тоже странная. Она примерно в 2 раза больше Солнца и в среднем примерно на 56 % горячее. Но вращается в 38 раз быстрее Солнца, совершая полный оборот всего за 16 часов. Такое быстрое вращение искажает форму звезды, сглаживая ее на полюсах и расширяя середину. Это заставляет полюса звезды нагреваться и светлеть, пока ее экваториальная область охлаждается и тускнеет – явление называется гравитационное потемнение. В результате разница температур по поверхности звезды составляет почти 1500 F (800 C).

На орбите KELT-9b дважды испытывает полный диапазон звездных температур, создавая особую сезонную последовательность. Планета переживает «лето», когда она перебегает через каждый горячий полюс, и «зиму», когда проходит над более прохладной серединой звезды. Таким образом, KELT-9 b переживает два лета и две зимы каждый год, а каждый сезон длится около 9 часов.

Полярная орбита KELT-9b вокруг сплющенной звезды создает отчетливо односторонние переходы. Планета начинает свой путь вблизи ярких полюсов звезды, а затем блокирует все меньше и меньше света, когда движется по тусклому экватору звезды. Эта асимметрия дает ключи к изменениям температуры и яркости по всей поверхности звезды, и они позволили команде реконструировать внешнюю форму звезды, ее ориентацию в пространстве, диапазон температур поверхности и другие факторы, влияющие на планету.

«Из планетных систем, которые мы изучали с помощью гравитационного потемнения, воздействие на KELT-9 b наиболее впечатляющее», - сказал Джейсон Барнс, профессор физики в Университете Айдахо и соавтор статьи. «Эта работа имеет большое значение для объединения гравитационного потемнения с другими методами, которые измеряют планетарное выравнивание, и в дальнейшем мы надеемся раскрыть секреты о формировании и эволюционной истории планет вокруг звезд с большой массой».

Результаты исследования опубликованы в The Astronomical Journal.