Исследователи использовали метод вариаций времени транзита для обнаружения новой планеты. Когда планета проходит перед своей звездой, она блокирует часть света звезды, вызывая уменьшение её яркости. Продолжительность и величина этого уменьшения дают подсказки о размере планеты и других характеристиках. Планеты совершают транзит, когда они завершают орбиту вокруг своей звезды, но иногда они совершают транзит на несколько минут раньше или позже, поскольку гравитация других планет в системе влияет на их. Эти незначительные различия известны как вариации времени транзита и встроены в модели астрономов, чтобы позволить точно предсказать, когда будет происходить транзит.

Несмотря на то, что трёхпланетная модель системы Kepler-51 успешно предсказала время транзита Kepler-51b в мае 2023 года, исследователи столкнулись с проблемой при наблюдении транзита Kepler-51d в 2022 году. Однако, они не ожидали, что Kepler-51d не будет транзита, как ожидалось, когда они планировали наблюдать его с помощью JWST.

«Мы были озадачены ранним появлением Kepler-51d, и никакая тонкая настройка модели из трёх планет не могла объяснить столь большое расхождение. Только добавление четвёртой планеты объяснило эту разницу. Это первая планета, обнаруженная с помощью вариаций транзитного времени с использованием JWST», — сказал Кенто Масуда, доцент кафедры наук о Земле и космосе в Университете Осаки и соавтор статьи.

Исследователи проанализировали новые данные с телескопа обсерватории Apache Point (APO) и JWST, а также пересмотрели предыдущие транзитные данные с космического телескопа Kepler и TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Они также провели новые наблюдения планет в системе, в том числе с помощью космического телескопа Hubble и телескопа Palomar Observatory Калифорнийского технологического института, а также получили архивные данные с нескольких наземных телескопов.

Поскольку транзит новой планеты Kepler-51e пока не наблюдался, исследователи провели поиск методом «грубой силы», протестировав множество различных комбинаций свойств планет, чтобы найти такую модель из четырёх планет, которая объясняет все данные о транзитах, собранные за последние 14 лет. Они обнаружили, что сигнал лучше всего объясняется, если Kepler-51e имеет массу, близкую к массе трёх других планет, и движется по довольно круговой орбите с периодом около 264 дней.

Учёт четвёртой планеты и корректировка моделей также изменяют ожидаемые массы других планет в системе, что влияет на другие предполагаемые свойства этих планет и сообщает, как они могли образоваться. Хотя внутренние три планеты немного массивнее, чем считалось ранее, они всё ещё классифицируются как «супер-пухлые». Однако неясно, является ли Kepler-51e такой же планетой, поскольку исследователи не наблюдали транзит Kepler-51e, а, следовательно, не могут рассчитать её радиус или плотность.

«Подобные планеты встречаются довольно редко, и они, как правило, единственные в планетной системе. Теперь нам нужно объяснить четвёртую планету, а так же мы не можем исключить дополнительные планеты в системе», — сказала Либби-Робертс.

Поскольку исследователи полагают, что период обращения Kepler-51e составляет 264 дня, они заявили, что для получения более полной картины воздействия её гравитации (или гравитации дополнительных планет) на три внутренние планеты в системе необходимо дополнительное время наблюдений. Продолжение изучения изменений времени транзита может помочь обнаружить планеты, которые находятся дальше от звезды, и может помочь в поисках экзопланет, которые потенциально могут поддерживать жизнь.

В настоящее время исследователи анализируют остальные данные JWST, которые могут предоставить информацию об атмосфере Kepler-51d. Изучение состава и других свойств трёх внутренних планет также может улучшить понимание того, как образовались эти необычные планеты.