Zaćmienie wtórne KELT-9 b (7.56 mag | 0.0010 mag)

LibMar · 13 Lipca 2017

W gwiazdozbiorze Łabędzia (obok gwiazdy Sadr) znajduje się nietypowa planeta pozasłoneczna KELT-9 b. O niej było głośno miesiąc temu, kiedy do mediów dotarła informacja o odkryciu najgorętszej egzoplanety. Temperatura na KELT-9 b wynosi aż 4.600K - podobną temperaturę mają plamy słoneczne na Gwieździe Dziennej!

Wysoka temperatura powoduje, że gwiazda w świetle widzialnym jest również bardzo jasna. Podczas maksymalnej fazy, osiąga do 15 magnitudo i byłaby widoczna bezpośrednio, gdyby nie sąsiedztwo gwiazdy mającej 7.5 mag, leżącej mikrosekundy łuku dalej. Obiekt ten jest doskonałym celem, aby amatorsko spróbować sił z rejestracją zaćmienia wtórnego (secondary eclipse) oraz zmiany faz (phase curve). O tym pierwszym wkrótce będziemy słyszeli znacznie więcej, gdyż JWST to doskonały instrument do przeprowadzania takich obserwacji. Wyjaśnijmy sobie na czym trzy zjawiska polegają.

Cytuj

Tranzyt planety pozasłonecznej - przejście planety pozasłonecznej przed tarczą gwiazdy. Planeta widoczna z obserwatora jest niemal czarna i powoduje zakrycie fragmentu gwiazdy. Ze względu na zbyt mały rozmiar kątowy obu obiektów, rejestrujemy to pośrednio - fotometrycznie

Zaćmienie wtórne planety pozasłonecznej - zjawisko odwrotne do tranzytu, w którym planeta wchodzi za tarczę gwiazdy. Na skutek zakrycia, jasność całkowita obu obiektów maleje o jasność planety, która w tym czasie osiąga maksymalną fazę (~100%). Dla przykładu, jeśli drugi obiekt jest o 5 magnitudo słabszy, całkowita jasność spada o 0.01 mag. Jeśli o 10 magnitudo - spada o 0.0001 mag.

Zmiana faz planety pozasłonecznej - kiedy planeta orbituje dookoła gwiazdy, zmienia się faza (podobnie jak Wenus dla ziemskiego obserwatora). Zmiana jasności widomej planety powoduje, że cały układ (gwiazda+planeta) również zmienia swoją jasność. Krzywa jasności przypomina sinusoidę z minimum w pobliżu tranzytu oraz maksimum w pobliżu zaćmienia wtórnego.

Pierwsze zjawisko jest już dość powszechne wśród miłośników astronomii. Wiele osób poradziło sobie z rejestracją takiego spadku jasności. Natomiast co do drugiego i trzeciego - to zjawiska niedostępne dla nich. Aby zmiana jasności była zauważalna, sama planeta musi być dość jasna. W tym celu, zjawiska obserwuje się nie w świetle widzialnym, lecz w podczerwieni. Wówczas spadki jasności sięgają nawet po kilka tysięcznych części magnitudo. Niestety, kamera w podczerwieni do astronomii to koszt powyżej stu tysięcy złotych.

KELT-9 b odkryta miesiąc temu, całkowicie zmienia dostępność tego zjawiska. Dzięki dużej jasności gwiazdy oraz planety (nawet w świetle widzialnym), stała się najłatwiej dostępną planetą, u której można wykryć zaćmienie wtórne jak najskromniejszym zestawem. KELT-9 ma jasność 7.56 magnitudo - praktycznie tyle samo, co ostatnio obserwowana HD 189733 b. Można wykorzystać niemal podobne parametry ekspozycji (choć tutaj bezpieczniej dać 0.9s zamiast 1.0s), a więc można wykorzystać poprzednią krzywą jasności do analizy dostępności zjawiska. W ocenie rejestracji należy wykorzystać tzw. data binning, czyli sumowanie wielu ekspozycji tak, aby stanowiły jeden pomiar. Dla przykładu, jeśli czas ekspozycji wynosi 6 sekund, to w 10 minut będę miał około 100 zdjęć. I tak 100 ocen uśredniam, aby mieć dokładniejszy, pojedynczy punkt. Średnia krocząca obejmująca 10 punktów z 15-minutowego materiału (zobacz tutaj) ma błąd standardowy 0.0006 mag. Ponieważ KELT-9 jest nieco jaśniejsza i można nieco przyspieszyć zapisywanie danych (przy HD 189733 b, 33% czasu stracono ze względu na zapisywanie klatki na dysku!), a zjawisko jest znacznie dłuższe (mamy jeszcze więcej materiału), może być realne do uchwycenia. Przy obecnych parametrach spodziewam się, że będzie potrzeba aż 200 GB wolnego miejsca na dysku dla zapisania około 10 tysięcy klatek. To jest trochę dużo i chyba pomyślę o zmniejszeniu FOV. W przypadku HD 189733 b okazało się, że wystarczył fragment mający 1400x1400 pikseli zamiast 3096x2080. To zajęłoby 70% mniej miejsca! Z tego powodu uważam, że zjawisko dla KELT-9 jest możliwe dla złapania.

KELT-9 na niebie.png

Pozycja KELT-9 w gwiazdozbiorze Łabędzia. Źródło: Stellarium

Zaćmienie wtórne KELT-9 jest z pewnością głębsze w paśmie podczerwieni. Niestety, brakuje informacji jak głęboki jest tranzyt w dłuższych falach. Być może zastosowanie filtra IR850 ułatwi detekcję, jeśli w ~900nm (pasmo Z) głębokość spadku wynosi nie 0.001 mag, lecz 0.002-0.004 mag. Trzeba przeprowadzić dwie próby.

Okres orbitalny KELT-9 wynosi 1.4811228 dnia. To bardzo pechowa wartość! Po dwóch obiegach mamy 2.9622456 dnia - to niemal liczba całkowita. Kolejne zjawiska następują co 3 dni o niemal tej samej godzinie. To bardzo źle, gdyż możemy wyróżnić okres widoczności planety oraz okres, kiedy ciągle następują tranzyty np. za dnia lub pod horyzontem. Stąd zaćmienia wtórne będą widoczne kilka razu w lipcu, a potem dopiero we wrześniu.

Całe zjawisko trwa niecałe 4 godziny (około 230 minut), natomiast od 2 do 4 kontaktu potrzebuje około 200 minut. To dość długo, a to ze względu na rozmiar gwiazdy. KELT-9 ma promień 2.5 razy większy od Słońca, dlatego planeta ma dłuższą drogę do przebycia.

Skoro mówimy ciągle o zaćmieniu wtórnym, to powiedzmy coś o tranzycie. Ze względu na parametry, nie mogła zostać do listy w sąsiednim wątku (zobacz tutaj). Choć gwiazda jest jasna (7.56 mag!), to spadek jasności wynosi już tylko 0.0075 mag. Warunkiem jest, aby spadek był większy niż 0.01 mag. Najbliższe tranzyty będą widoczne w sierpniu.

KELT-9 wykresy.png

Wykres pochodzi z artykułu naukowego: https://arxiv.org/pdf/1706.06723.pdf

Efemerydy zaćmień wtórnych KELT-9 b - wszystkie momenty podano w czasie UT (należy dodać 2 godziny) oraz pozycje są podane dla mojego miejsca obserwacyjnego (N=54, E=22). Dla pozostałej części Polski, różni się to o kilka stopni. Uwaga! Zjawiska rozpoczynają się 20 minut wcześniej i kończą 20 minut później, gdyż podane niżej momenty obejmują 2, 3 i 4 kontakt!

2457952.515    17.07 22:40 (73°,SW)    18.07. 0:21 (63°,W)      18.07 2:02 (48°,W)
2457955.477    20.07 21:46 (74°,S)     20.07. 23:27 (68°,SW)    21.07 1:08 (55°,W)
2457958.440    23.07 20:52 (72°,SE)    23.07. 22:32 (72°,SW)    24.07 0:13 (61°,W)
2457961.402    26.07 19:57 (68°,SE)    26.07. 21:38 (74°,S)     26.07 23:19 (66°,SW)
2457964.364    29.07 19:03 (62°,E)     29.07. 20:44 (73°,SE)    29.07 22:25 (71°,SW)

Pozytywna rejestracja spadku o 0.001 mag dla gwiazdy mającej 7.56 mag byłaby pierwszą amatorską obserwacją rejestracją zaćmienia wtórnego planety pozasłonecznej na świecie.