Обнаружен в 2008 году двумя обсерваториями Маунакеа на Гавайях – W. M. Обсерватория Кека и международная обсерватория Близнецов, программа NOIRLab NSF – звездная система HR 8799 расположена на расстоянии 129 световых лет и имеет четыре планеты более массивные, чем Юпитер, или супер-Юпитеры: планеты HR 8799 b, c, d, и е. До сих пор ни один из периодов их вращения не измерялся.
Этот прорыв стал возможен благодаря научно-технической группе под руководством обсерватории Калтеха и Кека, которая разработала инструмент, способный наблюдать известные изображения экзопланет в спектральном разрешении, достаточно детализированном, чтобы позволить астрономам расшифровать скорость вращения планет.
Используя ультрасовременный прибор Keck Planet Imager и Characterizer (KPIC) на телескопе Keck II на вершине острова Маунакеа Гавайских островов, астрономы обнаружили, что минимальная скорость вращения планет d и e HR 8799 составляет 10.1 км / с и 15 км / с соответственно.
Это означает, что продолжительность дня может составлять от трех до 24 часов, например, на Земле, в зависимости от осевых наклонов планет HR 8799, которые в настоящее время не определены. Для контекста, один день на Юпитере длится почти 10 часов; скорость его вращения около 12.7 км / с.
Что касается двух других планет, команде удалось ограничить вращение HR 8799 c верхним пределом менее 14 км / с; измерение вращения планеты b было безрезультатным.
Полученные данные являются первыми научными результатами KPIC, которые были приняты для публикации в The Astronomical Journal.
«С помощью KPIC мы смогли получить наблюдения с самым высоким спектральным разрешением, когда-либо проводившиеся для экзопланет HR 8799», – говорит Джейсон Ван, астроном из Калифорнийского технологического института и ведущий автор исследования. "Это позволяет нам изучать их с большей степенью детализации, чем когда-либо прежде, и открывает ключ к более глубокому пониманию не только того, как образовались эти четыре планеты, но и того, как в целом газовые гиганты развиваются во Вселенной."
DIZZY DATA РАССКАЗЫВАЕТ ПРОШЛОЕ ПЛАНЕТ
Скорость вращения планеты дает представление об истории ее формирования.
Созданные из газа и пыли, поднятые новорожденной звездой, детские планеты начинают вращаться быстрее, поскольку накапливают больше материала и растут – процесс, называемый аккрецией ядра. Считается, что планетные магнитные поля затем замедляются и ограничивают свою скорость вращения. После того, как полностью сформированная планета завершит аккрецию и остынет, она снова начнет вращаться.
«Спины планет d и e HR 8799 соответствуют теории о том, что магнитные поля планет тормозят их вращение в их натальные годы», – говорит Ван. "Измерения вращения также намекают на представление о том, что планеты с меньшей массой вращаются быстрее, потому что на них меньше влияет магнитное торможение, что может сказать нам кое-что важное о том, как они формируются. Я нахожу это дразнящим."
Ван подчеркивает, что эта возможная тенденция не подтверждена; для подтверждения этого требуется больше измерений спина KPIC для компаньонов с меньшей массой. Цель команды – найти общую связь между периодами вращения планет HR 8799, планет-гигантов в нашей солнечной системе, Юпитера и Сатурна, а также других известных супер-юпитеров и коричневых карликов.
«При наличии достаточного количества измерений вращения мы сможем выявить тенденции, которые позволят выявить, как работают физические процессы, приводящие к формированию планет», – говорит соавтор Жан-Батист Руффио, научный сотрудник постдокторантуры Дэвида и Эллен Ли в области астрономии в Калифорнийском технологическом институте. "Это то, что люди уже начали делать, но KPIC позволяет нам делать это для самых маленьких, самых слабых и самых близких к изображению инопланетных миров."
УСПЕХ ПЕРВОГО СВЕТА KPIC
Специальность KPIC, введенная в эксплуатацию в период с 2018 по 2020 год, заключается в обнаружении экзопланет и коричневых карликов, которые вращаются так близко к своим звездам, что из-за яркого звездного света трудно «видеть» эти небесные тела с Земли. Инструмент фильтрует нежелательный звездный свет с помощью инновационного блока инжекции волокна, который направляет свет от системы адаптивной оптики (AO) телескопа Keck II в ближний инфракрасный спектрограф обсерватории (NIRSPEC).
Первые световые результаты KPIC изложены в техническом документе, который был принят в Журнале астрономических телескопов, инструментов и систем (JATIS).
«KPIC кардинально меняет правила игры в области описания экзопланет, – говорит главный исследователь KPIC Димитри Мавет, профессор астрономии Калифорнийского технологического института. "Он позволяет нам измерять продолжительность светового дня, орбиту планеты и молекулярный состав ее атмосферы."
KPIC обнаружила воду и окись углерода, но не метан, на трех из четырех планет HR 8799 – c, d и e – что согласуется с тем, что известно об атмосферах планет.
«Приятно видеть проявление сверхдержавы KPIC», – говорит ученый / инженер АО обсерватории Кека Жак Делорм, ведущий автор статьи JATIS. «Поскольку это первая технология такого рода, мы не знали, будет ли KPIC работать так же хорошо, как она.
Теперь, когда мы успешно продемонстрировали его возможности, мы можем перейти к Фазе 2 проекта, чтобы еще больше улучшить общие характеристики прибора."
«Нам еще предстоит раскрыть весь научный потенциал KPIC», – говорит неманья Йованович, ведущий научный сотрудник Калифорнийского технологического института, соавтор технической статьи. «За счет дополнительных обновлений инструментов мы надеемся в ближайшем будущем наблюдать экзопланеты с такой высокой степенью детализации, что сможем изучать погодные явления и наносить на карту облака газовых планет-гигантов."
Фаза 2 обновлений KPIC запланирована на эту зиму.
Если все пойдет хорошо, научное сообщество обсерватории Кека может начать использовать эту технологию во второй половине 2022 года.