По мере того как наблюдения за атмосферами экзопланет становятся всё более точными, всё важнее правильно учитывать влияние звёздных пятен на звёзды-хозяева. Идеальная возможность изучить звёздные пятна появляется, когда транзитная планета проходит прямо через них — явление, известное как транзит с пересечением пятна.
Международная исследовательская группа под руководством учёных из Центра астробиологии (Токио, Япония) объединила наземные наблюдения, чтобы выявить детальные свойства звёздных пятен и орбитальную геометрию планетарной системы TOI-3884. Исследование [опубликовано](https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ade2df) в The Astronomical Journal.
Космический телескоп NASA James Webb (JWST) произвёл революцию в изучении атмосфер экзопланет
Наблюдения за атмосферой в основном основаны на транзитах — когда планета проходит перед своей звездой-хозяином и блокирует часть её света. Сравнивая глубину транзита на разных длинах волн, астрономы могут идентифицировать атомы и молекулы в атмосфере планеты.
Теперь JWST позволяет обнаруживать едва заметные различия в глубине транзита, достигающие 0,01 %. Однако эта беспрецедентная точность также требует учёта эффектов, которые ранее были скрыты в шуме, например, вызванных звёздными пятнами — более холодными и тёмными участками на поверхности звезды. Звёздные пятна могут имитировать или скрывать атмосферные сигналы, поэтому крайне важно понимать их влияние и корректировать его.
TOI-3884 — красный карлик, расположенный примерно в 140 световых годах от нас
У него есть планета TOI-3884b, «супер-Нептун» примерно в шесть раз больше радиуса Земли. Примечательно, что транзиты TOI-3884b демонстрируют устойчивый сигнал пересечения пятна. Такие системы чрезвычайно редки и предоставляют ценную возможность одновременно изучить как свойства звёздных пятен, так и орбитальную геометрию системы.
Предыдущие исследования давали противоречивые результаты относительно ключевых параметров системы TOI-3884, таких как наклонение звезды и скорость вращения. Настоящее исследование было направлено на устранение этих несоответствий с помощью более точных наземных наблюдений.
Для регистрации транзитов со столкновением пятен команда использовала мультицветные инструменты MuSCAT3 и MuSCAT4, установленные на 2-метровых телескопах обсерватории Las Cumbres (LCO). В период с февраля по март 2024 года они наблюдали три транзита и успешно обнаружили чёткие сигналы пересечения пятен. Цветовая зависимость сигнала предоставляет важную информацию о температуре звёздных пятен.
Анализ кривой блеска показал, что звёздные пятна примерно на 200 К холоднее поверхности звезды (3150 К) и покрывают примерно 15 % видимого звёздного диска
Кроме того, три кривые транзитного блеска демонстрируют изменения в форме сигнала пересечения пятна. Поскольку эти изменения произошли в течение короткого промежутка времени, они, скорее всего, вызваны вращением звезды, а не эволюцией пятен.
Чтобы подтвердить это, команда провела кампанию фотометрического мониторинга с использованием глобальной сети 1-метровых телескопов LCO. С декабря 2024 года по март 2025 года они измеряли изменения яркости звезды несколько раз за ночь и обнаружили чёткие периодические колебания. Это впервые показало, что период вращения звезды составляет 11,05 дней.
Измеренный период вращения согласуется со сдвигами положения пятен, полученными из наблюдений транзитов, что позволило команде получить уникальное решение для геометрии системы. Они обнаружили, что ось вращения звезды и орбитальная ось планеты смещены примерно на 62°, что свидетельствует о том, что TOI-3884 — это сильно наклонённая планетарная система. Такие большие наклоны обычно объясняются прошлыми гравитационными взаимодействиями с массивными планетами или звёздными компаньонами — однако пока не известно о существовании таких компаньонов, что делает эту систему особенно интригующей.
TOI-3884b — одна из основных целей для атмосферных исследований с помощью JWST и других телескопов. Детальная характеристика её звёздных пятен и орбитальной геометрии, полученная в результате этого исследования, будет иметь решающее значение для правильной интерпретации результатов атмосферных наблюдений.
Кроме того, результаты также дают новое представление о звёздной магнитной активности. Большие полярные звёздные пятна часто связывают с сильными магнитными полями на быстро вращающихся звёздах. Однако TOI-3884 вращается не особенно быстро, но при этом имеет гигантское полярное пятно. Это говорит о том, что полярные пятна могут быть особенно распространены среди красных карликов. Помимо продолжения детальных наблюдений за TOI-3884, важно также углубить наше понимание общих свойств звёздных пятен.
Предоставлено Национальными институтами естественных наук