Пять планет в системе HD 23472, включая два супер-Меркурия

Владислава Ананьева Изучение многопланетных систем очень важно для понимания их эволюции, поскольку такие планеты формируются из одного протопланетного диска и имеют одинаковый возраст. Очень часто размеры и средние плотности планет отражают процессы утраты первичных атмосфер на ранних стадиях эволюции: близкие к звезде планеты уже лишены водородных атмосфер и имеют высокие средние плотности, более удаленные планеты сохраняют значительную долю летучих в своем составе и являются мини-нептунами с низкой средней плотностью. Часто бывает так, что планеты на соседних орбитах имеют близкие размеры (эту закономерность называют «peas in a pod» = горошины в стручке), хотя, разумеется, она не строгая.  28 сентября 2022 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная 5-планетной системе у оранжевого карлика HD 23472. Планеты были обнаружены TESS и подтверждены методом лучевых скоростей с помощью самого точного на сегодняшний день спектрографа ESPRESSO. Средняя точность единичного измерения составила 0.38 м/с, что позволило измерить массы планет меньше массы Земли! HD 23472 (HIP 17264, TOI-174) – звезда главной последовательности спектрального класса K4 V, удаленная от нас на 39.08 ± 0.02 пк. Ее масса оценивается в 0.67 ± 0.03 солнечных масс, радиус – в 0.71 ± 0.02 солнечных радиусов, светимость в 4.2 раза меньше солнечной. Судя по низкому уровню хромосферной активности и медленному вращению, звезда отличается зрелым возрастом, превышающим 4.5 млрд. лет. TESS наблюдала HD 23472 на десяти секторах (1-4, 11, 29-31, 34). Автоматический алгоритм обработки данных обнаружил четыре транзитных сигнала с периодами 17.7, 29.8, 3.98 и 12.2 суток, более тщательное изучение кривой блеска звезды привело к открытию пятого транзитного кандидата с периодом 7.91 суток. После стандартной процедуры валидации авторы статьи получили 104 замера лучевой скорости звезды с помощью ESPRESSO. Это позволило измерить или оценить массы всех пяти планет. Самая внутренняя планета HD 23472 d удалена от своей звезды на 0.043 а.е. (13.3 звездных радиусов). При радиусе 0.75 ± 0.06 радиусов Земли ее масса составляет 0.55 ± 0.21 масс Земли, что приводит к средней плотности 7.5 ^+3.9/_-3.1 г/куб.см. Если высокая средняя плотность планеты d подтвердится, это будет означать, что перед нами супер-Меркурий – планета, состоящая преимущественно из железа. Эффективная средняя температура внутренней планеты оценивается в 909 ± 35 К. Вторая планета HD 23472 e удалена от своей звезды в среднем на 0.068 а.е. (21 звездный радиус). Ее масса составляет 0.72 ± 0.28 масс Земли, что при радиусе 0.82 ± 0.08 радиусов Земли приводит к средней плотности 7.5 ^+3.9/_-3.0 г/куб.см. Эффективная температура второй планеты оценивается в 723 ± 28 К, она также (с поправкой на большие неопределенности величины средней плотности) представляет собой супер-Меркурий. Таким образом, система HD 23472 стала первой, в которой известно сразу два супер-Меркурия. Средняя плотность третьей планеты HD 23472 f гораздо ниже – всего 3.0 ^+2.0/_-1.6 г/куб.см. При радиусе 1.14 ± 0.08 радиусов Земли ее масса составляет всего 0.77 ± 0.44 земных (или, с учетом низкой достоверности измерения, получен верхний предел на массу в 1.5 масс Земли). Третья планета вращается на среднем расстоянии 0.0906 а.е. (28 звездных радиусов), ее эффективная температура – 630 ± 27 К. Казалось бы, средняя плотность четвертой планеты должна быть еще ниже, но нет. HD 23472 b при радиусе 2.0 ± 0.1 радиусов Земли имеет массу 8.3 ± 0.8 масс Земли, а ее средняя плотность достигает 6.15 ± 1.2 г/куб.см. Эта суперземля вращается на расстоянии 0.116 а.е. (37 звездных радиусов), ее эффективная температура оценивается в 543 ± 18 К. Наконец, радиус пятой планеты HD 23472 c достигает 1.87 ± 0.12 радиусов Земли, а масса – 3.4 ± 0.9 масс Земли (средняя плотность 3.1 +1.0/-0.8 г/куб.см). Мини-нептун расположен на расстоянии 0.165 а.е. от своей звезды (50 звездных радиусов), его эффективная температура составляет 467 ± 19 К. Эксцентриситеты орбит четырех внутренних планет оцениваются в 0.07 ± 0.05, а внешней пятой – в 0.06 ± 0.04. Взаимные наклонения орбит не превышают 1°. Таким образом, HD 23472 представляет собой хороший пример компактной плотно упакованной планетной системы.