Планета, пересекающая звездные пятна: архитектура системы TOI-3884 под прицелом ученых

С ростом точности атмосферных наблюдений экзопланет всё критичнее учитывать влияние звездных пятен на их звезды-хозяева. Идеальная возможность для изучения пятен возникает, когда планета во время транзита проходит непосредственно через них — это явление известно как «транзит через пятно».

Международная команда ученых под руководством исследователей из Центра астробиологии (Токио, Япония) объединила данные наземных наблюдений, чтобы определить свойства звездных пятен и орбитальную геометрию системы TOI-3884. Результаты исследования опубликованы в The Astronomical Journal.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) совершил прорыв в изучении атмосфер экзопланет. Такие наблюдения основаны на анализе транзитов — моментов, когда планета закрывает часть света звезды. Сравнивая глубину транзита на разных длинах волн, астрономы идентифицируют химический состав атмосферы.

Точность JWST позволяет фиксировать различия в глубине транзита до 0.01%. Однако это требует учета ранее незаметных эффектов, например, влияния звездных пятен — холодных темных областей на поверхности звезды. Эти пятна могут искажать сигналы атмосфер, что делает их изучение ключевым для корректной интерпретации данных.

TOI-3884 — красный карлик в 140 световых годах от Земли. Его спутник, супер-Нептун TOI-3884b (радиус в 6 раз больше земного), демонстрирует устойчивые транзиты через пятна. Подобные системы редки и позволяют одновременно исследовать пятна и орбитальную динамику.

Ранее исследования давали противоречивые данные о наклоне оси звезды и скорости ее вращения. Новая работа устранила эти несоответствия благодаря данным инструментов MuSCAT3 и MuSCAT4, установленных на 2-метровых телескопах обсерватории Лас-Камбрес (LCO). Ученые зафиксировали три транзита в феврале-марте 2024 года, обнаружив четкие сигналы пересечения пятен.

Анализ кривых блеска показал:

• Температура пятен на ~200 К ниже поверхности звезды (3150 К).
• Пятна покрывают ~15% видимой площади звезды.
• Изменения формы сигналов вызваны вращением звезды, а не эволюцией пятен.

Фотометрический мониторинг на телескопах LCO (декабрь 2024 – март 2025) выявил периодичность яркости с периодом 11.05 дней, что совпало с перемещением пятен во время транзитов. Это позволило определить геометрию системы: оси вращения звезды и орбиты планеты расходятся на 62°, что указывает на сильный динамический дисбаланс. Подобные наклоны обычно объясняют гравитационными взаимодействиями с массивными телами, но в системе TOI-3884 таких объектов не обнаружено, что делает ее уникальным объектом для изучения.

Перспективы:
TOI-3884b — ключевая цель для JWST. Уточнение параметров пятен и геометрии системы необходимо для расшифровки будущих данных об атмосфере. Кроме того, открытие гигантского полярного пятна у медленно вращающегося красного карлика бросает вызов теориям: считается, что такие пятна характерны для быстро вращающихся звезд. Это указывает на необходимость пересмотра моделей магнитной активности звезд малой массы.