Тайна третьей планеты Беты Живописца

JWST проводил съемку окрестностей звезды бета Живописца с помощью спектрографа NIRSpec в режиме интегрального поля (IFU) — это означает, что для участка неба размерами 3×3 угловые секунды высококачественный спектр строился для каждой точки изображения, для каждого пикселя.

Тут следует иметь в виду, что родительская звезда очень яркая — в сотни тысяч раз ярче своих планет. Чтобы выявить слабые источники в ее окрестностях, из спектра каждой точки изображения спектр звезды вычитался, и далее рассматривались только те участки спектра, где находились сильные линии угарного газа и водяного пара. В горячей фотосфере звезды Бета Живописца угарного газа и водяного пара нет, зато они есть в атмосферах планет-гигантов. Фактически, задача выглядела так: «найти на изображении источники света, в спектре которых есть линии поглощения угарного газа и водяного пара».

Исследователи ожидали увидеть только один такой источник — уже известную планету-гигант бета Живописца b. Но нашли два: планету b и планету d.

Наличие рядом со звездой слабого источника, в спектре которого есть линии угарного газа и водяного пара, еще не гарантирует наличия планеты. Такие же линии есть в спектрах коричневых карликов, которые могут находиться очень далеко от исследуемой системы. Чтобы убедиться, что новый объект физически связан с системой звезды Бета Живописца, нужно было убедиться, что он находится от нас примерно на том же расстоянии и движется со звездой примерно в том же направлении. Для этого систему пронаблюдали ещё раз спустя четыре месяца – 21 и 29 марта 2026 г. Положение кандидата относительно звезды не изменилось, их лучевые скорости также оказались близкими. Вероятность случайной проекции на окрестности Бета Живописца какого-нибудь далёкого коричневого карлика — всего 1 к 10 миллионам, так что перед нами действительно планета, вращающаяся вокруг этой звезды.

Более точно определить параметры новой планеты помогли новые и архивные наблюдения, полученные на одном из крупнейших наземных телескопов — VLT Европейской Южной обсерватории. Изображения окрестностей Бета Живописца были получены с помощью угловой дифференциальной съемки (ADI), позволяющей подавлять свет яркой звезды и выявлять слабые источники в её окрестностях. Планету d обнаружили на инфракрасных снимках, полученных в 2023, 2020, 2019 и 2014 гг. Архивные наблюдения достоверно подтвердили принадлежность планеты d системе звезды Бета Живописца.

После совместного анализа всех полученных данных, складывается следующая картина. Орбита планеты d лежит примерно в той же плоскости, что и орбиты планет b и c, но является внешней по отношению к ним. Большая полуось орбиты оценивается в 26.0 +2.2/-6.1 а.е., эксцентриситет не превышает 0.44, орбитальный период достигает 91 +18/-27 года. Масса планеты оценивается в 2.4 ± 0.6 масс Юпитера, радиус — в 1.26 ± 0.03 радиусов Юпитера, эффективная температура — в 600 +45/-60 градусов Кельвина. На сегодняшний день это самая прохладная планета из доступных наземным инструментам, хотя JWST может вести прямую съёмку и планет-гигантов комнатной температуры (250–300 К).

В атмосфере планеты d, помимо угарного газа и водяного пара, присутствуют метан и углекислый газ. Дальнейшие наблюдения помогут уточнить ее массу и орбитальные параметры.