Космический симуляторОткрыть «Охотника за планетами»

Как найти экзопланету, не выходя из дома: руководство для начинающих по настоящим данным NASA TESS

Опубликовано · Космический симулятор

Большинство из более чем 6 000 известных планет за пределами Солнечной системы никто никогда не видел напрямую. Их нашли, заметив, что звезда снова и снова чуть-чуть тускнеет, когда перед ней проходит планета. Это транзитный метод, и данные, на которых он основан, открыты для всех. С браузером и небольшим запасом терпения вы можете искать планеты в тех же измерениях, с которыми работают профессиональные астрономы.

Это руководство шаг за шагом объясняет, как устроен поиск транзитов, на примере настоящих звёзд из нашего «Охотника за планетами».

Откуда берутся данные: телескоп NASA TESS

Спутник NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), запущенный в апреле 2018 года, около 27 дней подряд наблюдает полосу неба размером 24° на 96° (один «сектор»), а затем поворачивается к следующей. Для сотен тысяч отобранных звёзд он каждые две минуты записывает измерение яркости. Для каждой звезды получается кривая блеска — график яркости во времени.

Все эти данные публикуются в архиве NASA MAST. TESS отметил тысячи возможных планет, так называемых объектов интереса TESS (TOI), и сотни из них уже подтверждены. В данных лежит ещё множество сигналов, которые ждут, пока на них кто-нибудь посмотрит.

Насколько глубок провал от планеты?

Проходя по диску звезды, планета закрывает его долю, равную отношению их площадей: (радиус планеты / радиус звезды)². Это даёт представление о том, что вы ищете:

Планеты в «Охотнике за планетами» охватывают весь этот диапазон: от WASP-18 b, гиганта, чей провал глубиной около 1 % повторяется каждые 22,6 часа, до Пи Столовой Горы c (Pi Mensae c), первой планеты, объявленной TESS, транзит которой ослабляет свет её яркой звезды меньше чем на 0,03 %.

Шаг 1: найдите повторяющийся провал

Настоящие кривые блеска зашумлены. Звёзды мерцают, аппарат подрагивает, и у каждого измерения есть небольшой разброс. Один провал ничего не доказывает. Нужен провал, который повторяется, каждый раз с той же глубиной и той же длительностью.

В «Охотнике за планетами» вы отмечаете каждый замеченный провал. Когда их наберётся два или три, промежутки между ними должны быть кратны одному числу — это орбитальный период планеты. LHS 3844 b, каменистая планета у красного карлика, делает оборот всего за 11 часов, так что один 27-дневный сектор показывает десятки её транзитов.

Шаг 2: сверните кривую блеска

Зная период, можно разрезать кривую блеска на куски длиной в один период и наложить их друг на друга. Это называется свёрткой по фазе. Если период верный, все транзиты совпадают, и слабый провал, утонувший в шуме, вдруг становится отчётливо виден. Если период неверный, провалы размазываются. Именно так астрономы находят планеты, сигнал которых слишком мелок, чтобы разглядеть его в исходных данных на глаз.

Шаг 3: прочитайте планету по провалу

Свёрнутый транзит рассказывает многое:

Шаг 4: убедитесь, что это не две звезды

Самый частый самозванец — затменная двойная: две звезды, которые обращаются друг вокруг друга и по очереди заслоняют свет друг друга. Тревожные признаки:

Впрочем, затменные двойные — не всегда плохая новость. В 2020 году 17-летний стажёр NASA Вольф Кукьер (Wolf Cukier) проверял данные Planet Hunters TESS как раз на такую пару звёзд, TOI-1338, и заметил лишний провал, который не вписывался в картину. Им оказалась TOI-1338 b — планета размером примерно в 6,9 раза больше Земли, обращающаяся вокруг обеих звёзд. Эту же систему можно изучить в «Охотнике за планетами».

Шаг 5: не известна ли она уже?

Прежде чем праздновать, проверьте, нет ли у звезды уже TOI или подтверждённой планеты. «Охотник за планетами» делает это за вас, сравнивая ваш период с каталогами NASA. Если он не совпадает ни с чем известным, возможно, вы заметили настоящего нового кандидата. Добровольцы проекта Planet Hunters TESS (на Zooniverse) нашли много таких кандидатов, и некоторые из них подтвердились как планеты.

Попробуйте настоящий поиск

Десять тренировочных звёзд в «Охотнике за планетами» — известные системы, так что свои ответы можно проверить. Когда будете готовы, режим «Настоящий поиск» загрузит кривые блеска из новейшего сектора TESS прямо из архива NASA. Большинство сигналов в нём ещё никто не изучал.

Откройте «Охотника за планетами», начните с WASP-18 b и посмотрите, насколько мелкий провал вы сумеете найти.

Часто задаваемые вопросы

Могут ли любители действительно открывать экзопланеты? Да. Данные TESS и «Кеплера» открыты, и добровольцы в проектах вроде Planet Hunters TESS находили кандидатов в планеты, которые затем подтверждали профессиональные астрономы, в том числе околодвойную планету TOI-1338 b.

Что такое кривая блеска? График яркости звезды во времени. Планета, проходящая перед звездой, видна на нём как небольшой повторяющийся провал.

Насколько маленькую планету может найти TESS? TESS находил планеты меньше Земли — в основном у маленьких близких красных карликов, где планета размером с Землю закрывает бо́льшую долю звёздного света.

Почему у большинства транзитных планет короткие орбиты? Потому что за те несколько недель, что TESS наблюдает участок неба, планета должна пройти перед своей звездой минимум дважды, а лучше больше. Близкие к звезде планеты проходят часто; планета с годичной орбитой обычно дала бы не больше одного провала.

Исследуйте сами: Охотник за планетами · Вторая Земля · Экзопланеты и Млечный Путь в 3D · Какого размера звёзды?

Источники

Глубина транзита равна (радиус планеты / радиус звезды)², при радиусах Земли 6 371 км, Юпитера 69 911 км и Солнца 695 700 км. Периоды и глубины звёзд «Охотника за планетами» — значения, измеренные по их кривым блеска TESS.