ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2022, том 48, № 11, с. 780-785

АКТИВНОСТЬ АНАЛОГОВ TRAPPIST-1

¹Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга

Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

²Институт астрономии РАН, Москва, Россия

Поступила в редакцию 21.08.2022 г.

После доработки 25.10.2022 г.; принята к публикации 15.11.2022 г.

Планетная система звезды TRAPPIST-1 обладает семью экзопланетами, три из которых находятся

в зоне обитаемости. По литературным данным нами выполнен анализ свойств холодных карликов,

которые могли бы рассматриваться в качестве аналога этого объекта. Используя имеющиеся в

литературе данные (Сели и др., 2021) для ультрахолодных карликов, подобных TRAPPIST-1,

мы определили величины параметра их запятненности S (доли поверхности, покрытой холодными

пятнами) и площадей пятен в единицах долей площади поверхности Солнца. Получено, что в среднем

TRAPPIST-1 вращается медленнее, чем большинство звезд из рассматриваемой выборки, а его

запятненность выше, чем у них. Исследовано 7 объектов, для которых имеются достоверные сведения

об их возрасте, вращении и пятенной активности. Найдено, что доля поверхности TRAPPIST-1,

покрытая пятнами, превосходит аналогичные величины для других объектов, в том числе даже

для более молодых звезд с возрастом 1-3 млрд лет. Выделены два объекта — TIC 302408306 и

TIC 366567664 — с близкими характеристиками (возраст, вращение) к TRAPPIST-1. Их возраст

оценивается в 9.0 и 7.9 млрд лет, соответственно. Эти звезды вращаются быстрее, чем TRAPPIST-1,

а площадь поверхности, покрытая пятнами, у них несколько меньше, чем у TRAPPIST-1. Указанные

объекты обладают более стабильными и более гладкими фазовыми кривыми с одним минимумом.

Ключевые слова: звездная активность, звездные пятна.

DOI: 10.31857/S0320010822110079

ВВЕДЕНИЕ

звезда Тигардена (2MASS J02530084 + 1652532,

M7V), у которой обнаружены две планеты с массой

Поскольку все больше и больше экзопла-

Земли, являющиеся одними из планет с наимень-

нет обнаруживается вокруг холодных карликов

шей массой, известными на момент открытия. Тре-

спектрального класса М (самых распространен-

тий пример — TRAPPIST-1 (2MASS J23062928-

ных объектов Галактики), изучение магнитной

0502285, M8V), который обладает семью транзит-

активности этих звезд и ее последствий для

ными экзопланетами, три из которых находятся в

обитаемости планет приобретает первостепенное

зоне обитаемости (Гиллон и др., 2016, 2017).

значение. Для обнаружения звездных вспышек и

фотометрической переменности блеска, связанных

TRAPPIST-1 служит предметом многочислен-

с вращательной модуляцией и звездными пятнами,

ных наземных и космических исследований (см.

необходим непрерывный мониторинг, который наи-

Сели и др., 2021; Гонзалес и др., 2019; Бургассер,

более оптимальным образом может быть достигнут

Мамаджек, 2017; Вида и др., 2017; Дмитриенко,

с помощью космических обсерваторий, таких,

Саванов, 2018, и др., а также ссылки в них). Высо-

например, как Transiting Exoplanet Survey Satellite

коточные фотометрические наблюдения проводи-

(TESS).

лись с космическими аппаратами Spitzer, Кеплер-

К числу наиболее уникальных планетных систем

K2, космическим телескопом им. Хаббла.

около холодных карликов можно отнести следу-

ющие три (см. в Сели и др., 2021). Во-первых,

Обсуждение результатов определений основных

это Проксима Центавра (M5.5 V) — ближайшая

параметров звезды TRAPPIST-1 можно найти в

к Солнцу звезда, в обитаемой зоне которой нахо-

статьях Бургассер и Мамаджек (2017), Сели и др.

дится планета с массой Земли. Другая система —

(2021) и цитируемой в них литературе. Результаты

детального анализа фотометрических наблюдений

^*Электронный адрес: issesd@rambler.ru

TRAPPIST-1 с космическим телескопом Кеплер

780

АКТИВНОСТЬ АНАЛОГОВ

781

Таблица 1

Gaia DR2 source ID

229155579195699456

0.009

206

3197623290976364544

0.037

875

1040681747033185152

0.021

510

3200303384927513088

0.006

145

1254110521784729856

0.059

1408

3475115115014143488

0.079

1874

1282632682337912832

0.014

325

3830128624846458880

0.018

440

1295931997030930432

0.029

682

4733265410022963200

0.093

2200

1303076623589331968

0.041

968

4967628688601250816

0.013

308

1412377317863375360

0.072

1698

4971892010576979968

0.007

162

1437716460972795392

0.060

1425

4989399774745144320

0.005

123

1454104436971779328

0.022

532

5809399363316630528

0.018

426

1618010323247026432

0.007

162

5856405272135504896

0.033

787

1656001233124961024

0.046

1082

5983189339421392896

0.101

2380

1821315795663331328

0.034

809

599891555546067072

0.016

391

1916411143300424704

0.052

1240

6135947032490329088

0.005

127

1998109946788787456

0.063

1504

6224387727748520960

0.007

162

2088442248714858240

0.074

1746

6525046188759705600

0.030

721

2137903951084527360

0.028

673

6783123184369906688

0.020

466

2177877452238558976

0.012

290

779689533779300736

0.028

655

2336406413104712192

0.024

580

847228998317017472

0.030

717

2349207644734247936

0.025

598

89186168428165632

0.032

752

2472387757755767296

0.025

598

901941452829250560

0.018

440

2883680659313632768

0.043

1029

977653372545774336

0.056

1324

Примечание. S приводится в долях площади видимой полусферы звезды, A — в м.д.п. (см. пояснения в тексте).

(его продолжением — миссией К2) были представ-

АНАЛИЗ ХОЛОДНЫХ М КАРЛИКОВ,

лены нами в Дмитриенко и Саванов (2018). Вида

ПОДОБНЫХ TRAPPIST-1

и др. (2017) изучили вспышечную активность этого

Сели и др.

(2021) представили результаты

объекта, выделив и проанализировав 42 вспышки с

анализа ультрахолодных карликов, подобных

энергиями в диапазоне 1.26 × 10³⁰-1.4 × 10³³ эрг, а

TRAPPIST-1, используя данные полнокадровой

также рассмотрели возможность влияния вспышек

фотометрии кадров TESS за первые два года.

на атмосферы экзопланет.

Была исследована выборка объектов в ограни-

ченном объеме до 50 пк, состоящая из 339 звезд,

Учитывая большой интерес, проявляемый к

фотометрические характеристики которых близки

TRAPPIST-1, и его уникальность, по литератур-

к характеристикам TRAPPIST-1 (на диаграммах

ным данным нами был выполнен анализ свойств

цветовых показателей GAIA они расположены

холодных карликов, которые могли бы рассматри-

ближе, чем 0m. 5 к TRAPPIST-1). Были проанали-

ваться в качестве аналога этого объекта.

зированы 30-минутные кривые блеска 248 звезд в

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 11

2022

782

ДМИТРИЕНКО, САВАНОВ

0.12

чения оценок параметра запятненности S (до-

ли поверхности, покрытой холодными пятнами) —

0.10

амплитуду переменности блеска объекта R_var и

его эффективную температуру, по ранее приме-

0.08

ненной нами методике (см. Дмитриенко, Саванов,

2018; Саванов, 2015) было найдено 42 величины

0.06

S (табл. 1). Как и в Сели и др. (2021), для всех

исследуемых звезд была принята величина эффек-

0.04

тивной температуры Т_eff = 2560 K, используемой

0.02

при исследовании TRAPPIST-1.

На верхней диаграмме рис. 1 представлено со-

0.00

поставление величин параметра запятненности S

P rot, day

(в относительной величине) и величин A площадей

пятен (в абсолютной мере, выраженной в милли-

4000

онных долях видимой полусферы Солнца, м.д.п.)

исследуемых звезд с величинами периода их вра-

3000

щения. Обе диаграммы позволяют сделать основ-

ные выводы, как об изменении активности звезд

рассматриваемой выборки с изменением периодов

2000

вращения, так и о положении TRAPPIST-1 отно-

сительно звезд-аналогов.

Можно заключить, что большинство из объ-

1000

ектов, отобранных Сели и др. (2021), вращаются

быстрее, чем TRAPPIST-1, при этом площадь

пятен на их поверхности сопоставима с величи-

ной для TRAPPIST-1, или меньше. В среднем,

P rot, day

TRAPPIST-1 вращается медленнее, чем большин-

ство звезд из Сели и др. (2021), а его запятненность

Рис. 1. Cопоставление величин параметра запятнен-

выше. Указанные выводы проиллюстрированы на

ности S (в относительной величине) (вверху) и A (в

рис. 2, на котором представлены гистограммы рас-

абсолютной мере, выраженной в миллионных долях

видимой полусферы Солнца, м.д.п.) (внизу) иссле-

пределений величин периодов вращения и парамет-

дуемых объектов и периодов их вращения. Крупный

ра запятненности S .

кружок — данные для TRAPPIST-1. На нижней диа-

грамме штриховая линия соответствует максимумам

бимодального распределения параметра A для Солн-

ца, а максимальное солнечное значение параметра A

ВОЗРАСТ И ЗАПЯТНЕННОСТЬ

представлено сплошной линией.

В принципе, такой результат можно ожидать,

если большинство объектов из Сели и др. (2021)

поисках вспышек и модуляции блеска, вызванной

моложе, но с этим предположением плохо согла-

звездными пятнами. Суммарное распределение

суется вывод о большей активности TRAPPIST-1.

частоты вспышек (FFD) 94 идентифицированных

Объекты из Сели и др. (2021) были выбраны

вспышек показывает степенной закон с индексом,

согласно их фотометрическим характеристикам,

аналогичным найденному для TRAPPIST-1 (с

поэтому вполне естественно, что их возраст мо-

учетом приведения в единую систему данных

жет различаться. Как указывалось, общепринятой

миссий Кеплер и TESS), и содержит вспышки

оценкой возраста TRAPPIST-1 является 7.6 ±

до E_TESS = 3 × 10³³ эрг. Для

звезд были

± 2.2 млрд лет (Бургассер, Мамаджек, 2017).

определены периоды вращения менее пяти суток,

Первые оценки возраста объектов были получены

что указывает на значительную долю быстрых

Сели и др. (2021) по их кинематическим свойствам.

ротаторов в выборке. Возраст 88 звезд из выборки

Затем, привлекая данные обзора GAIA, была рас-

был оценен с использованием нескольких подходов

смотрена возможность определения возраста для

(кинематической информации).

объектов, входящих в широкие пары. Окончатель-

Таблица А1 из Сели и др. (2021) содержит

ные результаты представлены Сели и др. (2021) в

данные о величинах периодов и амплитуд пере-

табл. 2, диапазон изменения возраста объектов вы-

менности блеска 43 звезд-аналогов TRAPPIST-1.

борки составляет 0-13 млрд лет. Возраст объектов

Используя информацию, необходимую для полу-

устанавливается с очень большой погрешностью,

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 11

2022

АКТИВНОСТЬ АНАЛОГОВ

783

P rot, day

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

Рис. 2. Гистограммы распределенийвеличин периодов вращения (вверху) и параметра запятненностиS (в относительной

величине) (внизу). Штриховые линии — данные для TRAPPIST-1.

так, например, при использовании кинематическо-

активности. На рис. 3 приведена диаграмма, на

го метода погрешность определения составляет 2-

которой представлено сопоставление параметра S

3 млрд лет. В итоге было отобрано 19 пар объ-

с возрастом объектов. Эти данные указывают на

ектов, но только для 9 из них имеются измерения

вероятное уменьшение параметра S с возрастом,

лучевых скоростей. Наконец, не для всех звезд в

подобно тому, как было отмечено нами ранее в

Сели и др. (2021) приведены данные о периодах

Дмитриенко и Саванов (2017). При этом, как было

их вращения. Окончательно нами было выделено

указано выше, доля поверхности TRAPPIST-1,

всего 7 объектов, для которых мы располагаем

покрытая пятнами, превосходит величины S, полу-

сведениями об их возрасте, вращении и пятенной

ченные нами по данным Сели и др. (2021), в том

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 11

2022

784

ДМИТРИЕНКО, САВАНОВ

1.0000

0.1000

0.0100

0.0010

0.0001

100

1000

10 000

Age

Рис. 3. Cопоставление параметра запятненности S с возрастом семи объектов, имеющих наиболее точные определения

параметров (см. текст). Крупный кружок — данные для TRAPPIST-1. По оси абсцисс — возраст в млн лет.

числе для более молодых звезд с возрастом 1-

служит предметом многочисленных наблюдатель-

3 млрд лет.

ных и теоретических исследований (число ссылок

Согласно данным, представленным на рис. 3,

в базе данных SIMBAD более 700). Три из семи

наиболее близкими по своим характеристикам к

планет расположены в зоне обитаемости. Сели и

др. (2021) представили результаты анализа уль-

TRAPPIST-1 (возраст, вращение) являются два

трахолодных карликов, подобных TRAPPIST-1,

объекта — TIC 302408306 и TIC 366567664. Их

возраст, согласно Сели и др. (2021), составляет

используя архив космической миссии TESS. Для

9.0

± 3.4 и 7.9 ± 3.3 млрд лет соответствен-

звезд были определены периоды вращения

но. Они вращаются быстрее, чем TRAPPIST-1,

менее

сут, что указывает на значительную

величины их периодов вращения равны 0.64 и

долю быстрых ротаторов в выборке. Возраст 88

0.73 сут. Площадь поверхности, покрытая пятнами,

объектов из выборки был оценен с применением

у этих холодных карликов несколько меньше, чем у

нескольких подходов, включая кинематический.

TRAPPIST-1, но рассматриваемые величины со-

Используя имеющиеся данные для этих звезд,

поставимы. У TRAPPIST-1 холодные пятна зани-

мы получили оценки параметра запятненности S

мают примерно 5% от площади видимой поверхно-

(доли поверхности, покрытой холодными пятна-

сти звезды, а у TIC 302408306 и TIC 366567664 —

ми) и величины площадей пятен в единицах м.д.п.

3.7 и 2.7% соответственно. На рис. A.1 в Сели

В результате мы пришли к заключению, что, в

и др. (2021) приведены кривые блеска для этих

среднем, TRAPPIST-1 вращается медленнее, чем

звезд. Можно отметить, что TIC 302408306 и TIC

большинство звезд из Сели и др. (2021), а его

366567664 обладают по сравнению с TRAPPIST-1

запятненность выше. Нами было рассмотрено 7

более стабильной и более выраженной вращатель-

объектов, для которых мы располагаем достовер-

ной модуляцией блеска (более гладкие фазовые

ными сведениями об их возрасте, вращении и пя-

кривые с одним минимумом). Для TRAPPIST-

тенной активности. Сопоставление параметра S с

1 в Дмитриенко и Саванов (2018) было сдела-

возрастом объектов в целом указало на вероятное

но заключение о быстрой переменности формы

уменьшение параметра S с возрастом, при этом

кривой блеска звезды — изменения происходили

доля поверхности TRAPPIST-1, покрытая пятна-

на характерных временах, сопоставимых с одним

ми, превосходит аналогичные величины для других

периодом вращения объекта.

объектов, в том числе для более молодых звезд с

возрастом 1-3 млрд лет.

Были выделены два объекта — TIC 302408306

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

и TIC 366567664 — с близкими характеристиками

TRAPPIST-1

(2MASS J23062928-0502285)

(возраст, вращение) к TRAPPIST-1. Их возраст,

является холодным карликом спектрального клас-

согласно Сели и др. (2021), равен 9.0 и 7.9 млрд

са М8, окруженным семью планетами. Этот объект

лет (погрешность величин составляет около 3 млрд

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 11

2022

АКТИВНОСТЬ АНАЛОГОВ

785

лет) соответственно. Эти звезды вращаются быст-

2. Вида и др. (K. Vida, Z. K ˝ov ´ari, A. P ´al, K. Ol ´ah and

рее, чем TRAPPIST-1, а площадь поверхности,

L. Kriskovics), Astrophys. J. 841, 124 (2017).

покрытая пятнами, у них несколько меньше, чем у

3. Гиллон и др. (M. Gillon, E. Jehin, S.M. Lederer,

TRAPPIST-1, но рассматриваемые величины со-

et al.), Nature 533, 221 (2016).

поставимы. Указанные объекты обладают по срав-

4. Гиллон и др. (M. Gillon, A.H.M.J. Triaud,

нению с TRAPPIST-1 более стабильными и более

B.-O. Demory, et al.), Nature 542, 456 (2017).

гладкими фазовыми кривыми с одним минимумом.

5. Гонзалес и др. (E.C. Gonzales, J.K. Faherty,

И.С. Саванов признателен правительству Рос-

J. Gagn ´e, et al.), Astrophys. J. 886, 131 (2019).

сийской Федерации и Министерству высшего об-

6. Дмитриенко, Саванов (E.S. Dmitrienko and

разования и науки РФ за поддержку по гранту 075-

I.S. Savanov), Astron. Rep. 61, 122 (2017).

15-2020-780 (N13.1902.21.0039).

7. Дмитриенко, Саванов (E.S. Dmitrienko and

В настоящей работе использовались сведения

I.S. Savanov), Astron. Rep. 62, 412 (2018).

из астрономической базы данных SIMBAD и ар-

8. Наговицын, Певцов (Y.A. Nagovitsyn and

хива космической миссии TESS.

A.A. Pevtsov), Astrophys. J. 906, 27 (2021).

9. Саванов (I.S. Savanov), Astrophys. Bull. 70,

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(2015).

10. Сели и др. (B. Seli, K. Vida, A. Mo ´or, A. P ´al, and

1. Бургассер, Мамаджек (A.J. Burgasser and

E.E. Mamajek), Astrophys. J. 845, 110 (2017).

K. Ol ´ah), Astron. Astrophys. 650, A138 (2021).

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 11

2022