Astronomowie odkryli, że planeta TOI‑3884b podczas tranzytu przecina plamy gwiazdowe swojej gwiazdy macierzystej, ujawniając szczegółową architekturę i nietypowe nachylenie całego układu.
Wraz ze wzrostem precyzji obserwacji egzoplanet coraz ważniejsze staje się prawidłowe uwzględnienie wpływu plam gwiazdowych na gwiazdy macierzyste. Idealna okazja do badania plam gwiazdowych pojawia się, gdy planeta tranzytująca przechodzi bezpośrednio przez nie – zjawisko znane jako tranzyt przez plamę gwiazdową.
Międzynarodowy zespół badawczy pod kierownictwem naukowców z Centrum Astrobiologii (Tokio, Japonia) połączył obserwacje naziemne, aby ujawnić szczegółowe właściwości plam gwiazdowych i geometrię układu planetarnego TOI-3884.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zrewolucjonizował badania atmosfer egzoplanet. Obserwacje astronomiczne opierają się głównie na zjawisku tranzytu - gdy planeta przechodzi przed swoją gwiazdą macierzystą i blokuje ułamek jej światła. Porównując głębokość tranzytu dla różnych długości fal, astronomowie mogą zidentyfikować atomy i cząsteczki w atmosferze planety. JWST umożliwia obecnie wykrywanie subtelnych różnic w głębokości tranzytu, nawet rzędu 0,01%. Jednak ta niespotykana precyzja wymusza również uwzględnienie efektów, które wcześniej były ukryte w szumie, takich jak te spowodowane przez plamy gwiazdowe – chłodniejsze, ciemniejsze obszary na powierzchni gwiazdy. Plamy gwiazdowe mogą naśladować lub przesłaniać sygnały atmosferyczne, dlatego kluczowe jest zrozumienie i skorygowanie ich wpływu.
TOI-3884 to czerwony karzeł, oddalony od nas o około 140 lat świetlnych. Wokół niego krąży planeta TOI-3884b, superneptun o promieniu około sześciokrotnie większym od Ziemi. Co ciekawe, tranzyty TOI-3884b wykazują trwały sygnał przecinania. Takie układy są niezwykle rzadkie i stanowią cenną okazję do jednoczesnego badania zarówno plam gwiazdowych, jak i geometrii orbitalnej układu.
Poprzednie badania (Almenara i in. 2022; Libby-Roberts i in. 2023) przyniosły sprzeczne wyniki dotyczące kluczowych parametrów układu TOI-3884, takich jak nachylenie gwiazdy i prędkość rotacji. Celem niniejszych badań było wyjaśnienie tych rozbieżności za pomocą dokładniejszych obserwacji naziemnych.
Aby zarejestrować tranzyty przecinające plamę, zespół wykorzystał wielobarwne instrumenty MuSCAT3 i MuSCAT4 zamontowane na 2-metrowych teleskopach Obserwatorium Las Cumbres (LCO). Między lutym a marcem 2024 roku zaobserwowali trzy tranzyty i z powodzeniem wykryli wyraźne sygnały przecinające plamy. Zależność sygnału od koloru dostarcza kluczowych informacji o temperaturze plam gwiazdowych.
Analiza krzywych blasku wykazała, że plamy gwiazdowe są o około 200 K chłodniejsze niż powierzchnia gwiazdy (3150 K) i pokrywają około 15% widocznego dysku gwiazdy. Ponadto trzy krzywe blasku tranzytu pokazują zmiany w kształcie sygnału przecinającego plamę. Ponieważ zmiany te zaszły w krótkim czasie, są one najprawdopodobniej wywołane rotacją gwiazdy, a nie ewolucją plamy.
Aby to potwierdzić, zespół przeprowadził kampanię monitoringu fotometrycznego z wykorzystaniem globalnej sieci teleskopów LCO o średnicy 1 metra. Od grudnia 2024 roku do marca 2025 roku mierzono zmiany jasności gwiazdy kilka razy w ciągu nocy i wykryto wyraźne okresowe fluktuacje. Ujawniło to po raz pierwszy, że okres rotacji gwiazdy wynosi 11,05 dnia.
Zmierzony okres rotacji był zgodny z przesunięciami położenia plamy wynikającymi z obserwacji tranzytu, co pozwoliło zespołowi uzyskać unikalne rozwiązanie dotyczące geometrii układu. Stwierdzono, że oś obrotu gwiazdy i oś orbity planety są odchylone od osi o około 62o, co wskazuje, że TOI-3884 jest silnie nachylonym układem planetarnym. Tak duże nachylenia są zazwyczaj przyspieszane wcześniejszym oddziaływaniom grawitacyjnym z masywnymi planetami lub gwiezdnymi towarzyszami – jednak nie wiadomo o istnieniu takich towarzyszy, co czyni ten układ szczególnie intrygującym.
TOI-3884b jest jednym z głównych celów badań atmosferycznych za pomocą teleskopu Webba i innych. Szczegółowa charakterystyka plam gwiazdowych i geometrii orbity uzyskana w ramach tych badań będzie miała kluczowe znaczenie dla prawidłowej interpretacji wyników obserwacji atmosferycznych.
Co więcej, odkrycia dostarczają również nowych informacji na temat aktywności magnetycznej gwiazdy. Często uważa się, że duże plamy polarne są powiązane z silnymi polami magnetycznymi szybko rotujących gwiazd. Mimo, że TOI-3884 nie rotuje tak szybko, to jednak posiada olbrzymią plamę polarną. Sugeruje to, że plamy polarne mogą być szczególnie powszechne wśród czerwonych karłów. Oprócz dalszych szczegółowych obserwacji TOI-3884, ważne będzie również pogłębienie naszej wiedzy na temat ogólnych właściwości plam gwiazdowych.
Artykuł opublikowano 8 września 2025 roku w czasopiśmie The Astronomical Journal.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- A Planet Crossing Starspots Reveals the Detailed Architecture of the TOI-3884 System
- Multiband, Multiepoch Photometry of the Spot-crossing System TOI-3884: Refined System Geometry and Spot Properties
Źródło: Astrobiology Center, NINS
Na ilustracji: Wizja artystyczna układu TOI-3884: super-Neptun TOI-3884b przechodzący przed czerwonym karłem TOI-3884, na którym znajduje się duża plama gwiezdna. Źródło: Mayuko Mori, Astrobiology Center, z wykorzystaniem sztucznej inteligencji generatywnej i narzędzi do edycji obrazu
