Транзитные экзопланеты выявляются за счет изменений в наблюдаемой светимости звезд, которые им принадлежат. Однако уникальное разрешение телескопа «Джеймс Уэбб» дает возможность также рассмотреть пятна на поверхности звезды и изучить геометрию планетной системы.
С увеличением точности наблюдений атмосфер экзопланет становится особенно важным учитывать влияние звездных пятен на звезды-хозяйки. Идеальная возможность для анализа звездных пятен возникает, когда транзитная планета проходит прямо через них — это явление называется транзитом через пятно.
Международная команда исследователей, возглавляемая учеными из Астробиологического центра в Токио, объединила данные наземных наблюдений для выявления детальных характеристик звездных пятен и орбитальной геометрии планетной системы звезды TOI-3884. Результаты работы опубликованы в журнале The Astronomical Journal.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) NASA положил начало новой эре в изучении атмосфер экзопланет. Наблюдения за атмосферой в основном проводятся во время транзитов — периодов, когда планета оказывается между наблюдателем и своей звездой, затемняя часть её света. Сравнивая глубину транзита на различных длинах волн, астрономы могут идентифицировать атомы и молекулы, находящиеся в атмосфере планеты.
JWST позволяет фиксировать едва заметные различия в глубине транзита, достигающие всего 0,01%. Однако такая исключительная точность требует учета эффектов, ранее скрытых в фоновом «шуме», вызванном, к примеру, звездными пятнами — более холодными и темными участками на поверхности звезды. Звездные пятна могут маскировать или имитировать атмосферные сигналы планет, поэтому крайне важно осознавать и учитывать их влияние.
TOI-3884 — это красный карлик, находящийся примерно в 140 световых годах от нас. Вокруг него вращается планета TOI-3884b, «сверхнептун», радиус которого примерно в шесть раз превышает радиус Земли. Транзиты TOI-3884b показывают стабильный сигнал пересечения звездных пятен. Подобные системы являются крайне редкими и предоставляют уникальную возможность одновременно исследовать как свойства пятен, так и геометрию планетной системы.
Ранее проведенные исследования показали противоречивые результаты относительно ключевых параметров системы TOI-3884, таких как наклон оси звезды и скорость ее вращения. Цель текущего исследования заключалась в разрешении этих противоречий с помощью более точных наземных наблюдений.
Для регистрации транзитов пересечений пятен группа использовала многоцветные приборы MuSCAT3 и MuSCAT4, установленные на двухметровых телескопах обсерватории Лас-Кумбрес (LCO). С февраля по март 2024 года они наблюдали три транзита и успешно выявили четкие сигналы пересечений пятен. Цветовая зависимость сигнала предоставляет важную информацию о температуре этих областей на поверхности звезды.
Анализ кривых блеска показал, что звездные пятна примерно на 200 К холоднее остальной поверхности звезды (3150 К) и занимают около 15% видимого звездного диска. Кроме того, три транзитные кривые блеска демонстрируют изменения формы сигнала, исходящего из области пятна. Поскольку эти изменения происходят в течение короткого промежутка времени, они, скорее всего, вызваны вращением звезды, а не изменениями пятна.
Группа проводила фотометрический мониторинг с использованием глобальной сети метровых телескопов LCO. С декабря 2024 года по март 2025 года они фиксировали изменения блеска звезды несколько раз за ночь и выявили четкие периодические колебания. Это впервые продемонстрировало, что период обращения звезды составляет 11,05 земных суток. Для сравнения, Солнце делает полный оборот вокруг своей оси за 28 дней.