В ходе пересмотра информации, собранной за первый год функционирования космического аппарата NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite, исследователи выявили свыше десяти тысяч потенциальных экзопланет. Этот масштабный результат является рекордным в истории поиска внесолнечных планет и был достигнут всего лишь за один цикл наблюдений. Среди обнаруженных кандидатов наиболее распространены газовые гиганты типа «горячий Юпитер», совершающие обороты вокруг своих звезд за кратчайшие промежутки времени, порядка нескольких суток. Примечательно также то, что некоторые из этих потенциальных планет были найдены у относительно слабых звёзд.

Космический телескоп Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) осуществляет свою деятельность на вытянутой орбите с 2018 года. Основная цель миссии – обнаружение планет за пределами нашей Солнечной системы транзитным методом. TESS не фиксирует планеты непосредственно: телескоп отслеживает звёздное небо и регистрирует моменты, когда яркость звезд уменьшается, что может свидетельствовать о прохождении перед ними экзопланеты.

TESS обладает возможностью одновременного изучения обширных областей небесного пространства и уже подтвердилНа данный момент известно о восьмистах восемнадцати двух планетах, а также зафиксировано несколько тысяч потенциальных объектов. К апрелю двадцать шестого года включительно общее число подтвержденных экзопланет, полученных с помощью различных телескопов (как наземного базирования, так и космических), достигло шести тысяч двести семьдесят три. Однако, как стало известно совсем недавно, эта цифра может вскоре измениться.

Как правило, специалисты анализировали информацию, собранную TESS, которая была основана на изучении относительно ярких звездных систем. Данные о менее освещенных звездах обрабатывались реже из-за того, что их излучение слабее и сложнее отделить сигнал планеты, проходящей перед звездой, от фонового шума.

Тем не менее, математические модели указывали на то, что вокруг подобных звезд должно находиться значительное количество планет. Ранее проверка этой предпосылки была затруднена из-за технических ограничений: обработка огромного количества изображений требовала существенных вычислительных ресурсов и сложных программных решений.

Группа ученых разных стран во главе с Джошуа Ротом ( Joshua Roth) Группа ученых, работающих в Принстонском университете (США), предприняла попытку найти решение этой задачи. Специалисты вновь изучили информацию за первый год работы телескопа TESS, объединив отдельные изображения для создания единого набора данных, что дало возможность рассмотреть более слабые звезды, которые ранее не попадали в поле зрения поисковых систем.

Сотрудники лаборатории создали 83 миллиона 717 тысяч 159 графиков изменения светимости звезд – отображений колебаний яркости с учетом искажений и систематических погрешностей. Анализ был проведен для всех объектов до величины 16, что соответствует очень слабому сиянию. Это значительно слабее тех звёзд, на которые обычно ориентируются стандартные алгоритмы TESS.

В рамках анализа данных за первый год работы телескопа TESS автоматизированный поиск с использованием технологий машинного обучения выявил 11 тысяч 554 потенциальных экзопланеты, вращающиеся по орбитам от полудня до 27 земных суток. Из них 10 тысяч 91 оказалась ранее не зафиксированной – их не обнаруживали в предыдущих исследованиях. Еще 1052 кандидата уже были внесены в каталог TESS. Оставшиеся 411 объектов представляют собой единичные случаи прохождения чего-либо перед звездой, зарегистрированные лишь один раз во время наблюдений; на данный момент невозможно определить параметры их орбит.

Для проверки достоверности разработанного подхода астрономы провели анализ одной из звезд – TIC 183374187. Это звезда с низким содержанием металлов, расположенная в толстом диске Млечного Пути.

Благодаря данным, полученным с помощью спектрографа Magellan/PFS, исследователи убедились в наличии поблизости от этой звезды ранее неизвестного горячего Юпитера – массивной газовой планеты, вращающейся на относительно близком расстоянии вокруг своей родительской звезды. Это позволило доказать эффективность автоматизированных алгоритмов поиска: они способны выявлять подлинные экзопланетарные объекты, а не ложные сигналы.

Обнаруженные кандидаты располагаются на удалении до 6800 световых лет от Земли в направлении центра нашей галактики – Млечного Пути. Это значительно превышает дистанцию, используемую при предыдущих методах анализа данных, примерно вдвое больше. Более девяноста процентов потенциальных планетных систем содержат горячие Юпитеры с периодом обращения вокруг звезды от двух до пяти земных суток. Остальные объекты включают субнептуны и суперземли – скалистые планеты, масса которых превышает массу Земли, но уступает массе газовых гигантов.

Однако не все из 10 091 кандидатов окажутся настоящими экзопланетами. Телескоп TESS генерирует значительное количество ошибочных срабатываний: в качестве планет могут быть зафиксированы двойные звёздные системы, случайные вспышки активности или артефакты, связанные с работой прибора. По оценке Рота, вероятность ошибки у TESS составляет около 50 процентов. Таким образом, реальное число экзопланет среди новых кандидатов, вероятно, не превысит пяти тысяч и может быть даже меньше – порядка трех тысяч. Тем не менее, это приведет к практически двукратному увеличению общего числа известных планет за пределами Солнечной системы.

Главный научный сотрудник Института экзопланет NASA Джесси Кристиансен ( Jessie Christiansen) считаетТакой объем информации неоценим. Лишь при анализе обширных данных становится возможным понять закономерности образования различных типов внесолнечных планет, различия между горячими Юпитерами у разных звезд и причины редкости миров, подобных нашей Земле.

Исследования архивных материалов TESS продолжаются. Специалисты подчеркнули, что в предыдущих наблюдениях телескопа остается около восьми тысяч потенциальных экзопланет, требующих дополнительной проверки. По предварительным оценкам, к моменту окончания своей работы TESS обнаружит от двенадцати до пятнадцати тысяч внесолнечных планет.

Исследование опубликовано на сайте препринтов arXiv.