ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2012, том 38, № 3, с. 208-218
УДК 523.6
НАБЛЮДЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ТРАНЗИТА ВНЕСОЛНЕЧНЫХ ПЛАНЕТ НА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕЛЕСКОПАХ ГАО РАН
(© 2012 г. Е. Н. Соков, И.А.Верещагина, Ю. Н. Гнедин*, А. В. Девяткин, Д. Л. Горшанов, В. Ю. Слесаренко, А. В. Иванов, К. Н. Наумов, С. В. Зиновьев, А. С. Бехтева, Е. С. Ромас, С. В. Карашевич, В. В. Куприянов
Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково Поступила в редакцию 15.07.2012 г.
На автоматизированных телескопах Пулковской обсерватории проведены наблюдения экзопланет. Получено 33 транзитных кривых блеска для 16 известных экзопланет и шесть наблюдений транзитов для трех кандидатов в экзопланеты, обнаруженных телескопом "Кеплер". На основе полученных наблюдений уверенно подтверждено существование у системы KOI 256 экзопланеты экстремально большого радиуса Rp\ = 1.83 ± 0.16Rjup и обнаружено сильное отклонение ее орбитального вращения от предсказываемого теоретически. В момент прохождения экзопланеты WASP-12b по диску звезды были обнаружены всплески, которые могут быть вызваны прохождением планеты по пятнам на звезде или наличием у данной экзопланеты спутника. Для HAT-P-12b обнаружены возможные периодические изменения продолжительности транзита экзопланеты по диску звезды со временем, что может быть вызвано изменением угла наклона орбиты. Выполнены оценки продолжительности транзита, величины падения блеска, среднего момента времени транзита, радиуса планеты и наклона ее орбиты. Для ряда экзопланет оценены величины равновесной температуры и альбедо.
Ключевые слова: экзопланеты, кандидаты в экзопланеты, явление транзита.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из центральных проблем современной астрономии является поиск и исследование планетных систем у других звезд. Принято называть такие планеты экзопланетами. В ближайшем десятилетии это направление станет одним из лидирующих. Об этом свидетельствует создание нового международного института по исследованию экзопланет (внесолнечных планет) в рамках НАСА (NASA Exoplanet Science Institute — NexSuI). В настоящее время организуется эффективная программа наблюдений экзопланет. В этой программе планируется участие 16 космических обсерваторий, 62 наземных обсерваторий, включая Keck-интерферометр (Данчи, 2008). Большая часть из этих обсерваторий уже действует. Уже активно работает первый запущенный специально с целью поиска экзопланет космический телескоп "Кеплер" (Боруки и др., 2011). На данный момент телескоп обнаружил 1235 кандидатов в экзопланеты, среди которых 18 подтверждены.
Долгое время основным методом поиска эк-зопланет был хорошо известный в астрофизике
метод лучевых скоростей, который в данной ситуации основан на возможности регистрации видимого движения самой звезды вокруг центра масс системы звезда-планета. Уравнения небесной механики позволяют получить для такой системы следующее соотношение:
Ms _ Opl МР1 as'
(1)
где Ms и Mpl — значение масс звезды и планеты соответственно, as и apl — полуоси их орбит.
Из законов Ньютона в случае, когда масса Ms » М^, следует выражение для углового размера орбиты вокруг центра масс двойной системы
в =
" G ' 1/3 Р 2/3 Мр1
_4тг2_ i Ms J D
(2)
Электронный адрес: gnedin@gao.spb.ru
где в — угловой размер орбиты звезды, G — гравитационная постоянная, P — период данной системы, D — расстояние от наблюдателя до звезды.
Метод лучевых скоростей позволяет определить только проекцию скорости орбитального движения, т.е. V sin i = Vr, где Vr — наблюдаемая величина лучевой скорости, i — угол наклона орбиты к лучу зрения. Спектральные наблюдения, лежащие
в основе данного метода, требуют очень высокой точности.
Существенный прорыв в исследовании экзопла-нет произошел в результате обнаружения явления "транзита", состоящего в наблюдении уменьшения блеска звезды вследствие прохождения планеты по диску центральной звезды. В этом случае глубина уменьшения яркости звезды определяет величину отношения радиуса планеты к радиусу звезды
Ж
D
(3)
Формула (3), вообще говоря, справедлива, если фотосфера звезды имеет однородное распределение. В принципе, следует учитывать, что частичное ослабление блеска звезды происходит также за счет потемнения к краю.
Систематические наблюдения явлений транзита являются необходимыми в силу того обстоятельства, что ряд систематических наблюдений может испытывать вариации из-за присутствия в системе других планет, либо из-за наличия у главной планеты, обеспечивающей транзит, спутника типа Луны.
Метод получил название "вариации времени транзита" — Transit Time Variations (TTVs) и успешно используется в наблюдениях экзопланет (Миралда-Эскуде, 2002; Агол и др., 2005; Нарита, 2009; Хоуер и др., 2011).
В данной работе были выполнены наблюдения явлений транзита у ряда известных экзопланет. 2 февраля 2011 г. были опубликованы наиболее полные данные по результатам работы миссии "Кеплер" (Боруки и др., 2011). Для неподтвержденных кандидатов, представленных в последнем каталоге всех возможных кандидатов в эк-зопланеты, обнаруженных телескопом "Кеплер", были впервые проведены наблюдения транзитов KOI 256b, KOI 425b и KOI 194 и сделан последующий их анализ. Таким образом, надежно было подтверждено существование экзопланеты у звезды KOI 256 с экстремально большим радиусом. Наблюдения выполнялись на телескопе ЭА-320М Пулковской обсерватории (ГАО РАН) и телескопе МТМ-500М Горной астрономической станции Пулковской обсерватории (ГАС ГАО РАН) близ Кисловодска.
НАБЛЮДЕНИЯ ЭКЗОПЛАНЕТ
Наблюдения транзитов экзопланет, полученные в рамках настоящей работы, были проведены на автоматизированных телескопах Пулковской обсерватории: зеркальном астрографе ЗА-320М и менисковом телескопе Д. Д. Максутова МТМ-500М. Зеркальный астрограф ЗА-320М системы
Кассегрена с диаметром зеркала 320 мм и фокусным расстоянием 3200 мм установлен на территории Пулковской обсерватории (ГАО РАН) и работает с 1997 г. Телескоп снабжен ПЗС-камерой FLI IMG 1001E (1024 х 1024 пиксела) и имеет поле зрения 28' х 28'. Менисковый телескоп МТМ-500М установлен в 2007 г. на Горной астрономической станции ГАО РАН на горе Шаджат-маз на Северном Кавказе, близ Кисловодска. По своей конструкции телескоп представляет собой менисковую систему Максутова с дополнительным корректором. Диаметр зеркала — 500 мм, фокусное расстояние — 4100 мм. Телескоп снабжен ПЗС-камерой SBIG STL 1001E (1024 х 1024 пиксела) и имеет поле зрения 21' х 21'. Оба телескопа снабжены для фотометрических наблюдений блоками светофильтров B, V, R, I, соответствующих международной системе Джонсона (Страйжис, 1977).
Телескопы ЗА-320М и МТМ-500М автоматизированы по одному и тому же принципу (Девяткин и др., 2004; Кулиш и др., 2009 ) и могут управляться дистанционно или работать по программе, не требующей присутствия наблюдателя. Управляющая программа TelescopeControl регулирует работу приводов грубого и тонкого наведения, фиксирующих устройств, механизмов смены фильтров, установки купола и пр., а также вычисляет эфемериды наблюдаемых объектов на заданный момент времени и управляет работой ПЗС-камеры через программу CameraControl. Датчиком угла поворота телескопа служат устройства на базе оцифрованных лимбов и ПЗС-камер (Канаев и др., 2000; Девяткин и др., 2008).
Для обработки фотометрических ПЗС-наблю-дений использовался созданный в Пулковской обсерватории программный пакет АПЕКС-II (Девяткин и др., 2009). Пакет АПЕКС-II является полностью автоматическим и имеет множество возможностей. Архитектура и принципы построения системы во многом подобны принципам, использованным при создании пакетов "IRAF", "MIDAS" и "IDL". В данном пакете используется апертурная фотометрия, а также PSF-фотометрия (PSF-fitting). АПЕКС-II имеет графическую оболочку, которая необходима для тех случаев, когда требуется вручную выбрать опорные звезды и объект. Это позволяет выполнять обработку коротких плотных рядов наблюдений, когда практически на всех кадрах присутствуют одни и те же опорные звезды. Привязка к заданным фотометрическим каталогам в данном пакете осуществляется автоматически.
При обработке фотометрических наблюдений для каждой серии выбирались, как правило, 7—12 опорных звезд, которые имели яркость, близкую к яркости объекта, и для исключения влияния
Таблица 1. Результаты наблюдений экзопланет на телескопах 3А-320М и МТМ-500М Пулковской обсерватории
S п
ст £
>
ш >
п н
о X
о £
S ►С
m
п ^
S
X >
и
со 00
со
ю
о
ю
Объект Дата Продолжительность явления, мин JDmid Глубина падения блеска (то) ДР1 №ир) i Фильтр
НАТ-Р-12Ь 19-03-2011 143 ± 1.7 2455630.51467 ±0.00049 0.0298 ± 0.0008 1.124 ±0.015 88?94 ± 0?4 None
22-03-2011 139.7* 2455643.36874 ± 0.00098 0.0241 ±0.0010 1.012 ±0.02 88.67 ± 0.4 None
23-04-2011 139.7* 2455675.49546 ± 0.00064 0.0246 ±0.0011 1.023 ±0.022 88.64 ± 0.4 None
Qatar-lb 02-03-2011 92.7 ± 3.7 2455623.49307 ± 0.00095 0.0250 ±0.0019 1.212 ±0.045 82.89 ± 0.38 None
15-03-2011 102.9 ±4.9 2455636.27485 ±0.00116 0.0269 ±0.0014 1.257 ±0.03 83.97 ± 0.38 None
18-04-2011 96.5* 2455670.35597 ± 0.00092 0.0277 ±0.0016 1.275 ±0.045 83.17 ±0.38 None
WASP-12b 12-10-2010 180.0* 2455482.52273 ±0.00169 0.0168 ±0.0017 1.934 ±0.097 84.45 ±3.0 None
18-02-2011 180.0* 2455611.30918 ±0.00132 0.0155 ±0.0011 1.858 ±0.065 84.80 ±3.0 None
19-02-2011 171.3 ± 2.7 2455612.39672 ± 0.00083 0.0161 ±0.0007 1.894 ±0.04 81.87 ±3.0 None
26-03-2011 175.1 ±5.5 2455647.32791 ±0.00173 0.0189 ±0.0017 2.051 ±0.092 82.39 ±3.0 None
WASP-14b 11-03-2011 163.2 ±3.4 2455632.57607 ±0.00105 0.0097 ± 0.0005 1.194 ±0.03 85.21 ±0.67 R
13-05-2011 167.0* 2455695.40304 ±0.0012 0.0118* 1.316* 85.42 ± 0.67 None
WASP-24b 10-05-2011 155.5* 2455692.43232 ± 0.00286 0.0075 ± 0.0023 0.929 ±0.143 85.91 ±0.65 None
ASP-40b 18-02-2011 98.6 ±7.5 2455614.60189 ±0.00173 0.0167 ±0.0023 1.085 ±0.075 84.66 ±0.55 None
26-04-2011 109.0 ±4.7 2455678.42292 ±0.00102 0.0189 ±0.0011 1.154 ±0.033 84.95 ±0.55 None
WASP-10b 03-08-2010 127.8* 2455412.48065 ±0.00073 0.0397 ± 0.002 1.291 ±0.032 87.01 ±0.6 R
WASP-39b 19-04-2011 163.6 ±3.9 2455671.44314 ±0.00101 0.0394 ± 0.002 1.843 ±0.046 8
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.