NASAs TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) har funnet sin første jordstørrelse planet som ligger i den beboelige sonen til vertsstjernen. Funnet ble bekreftet med Spitzer-romteleskopet. Denne planeten er en av bare noen få verdens jordstørrelser som noen gang er funnet i en beboelig sone.
Planeten kalles TOI 700 d og er omtrent 100 lysår unna Jorden. Den går i bane rundt TOI 700, en kul M-dverg (rød dverg) -stjerne i stjernebildet Dorado. Dette er en nøkkeloppdagelse for TESS, siden den ble designet for å friste ut planeter i jordstørrelse i andre solsystemer.
Ved astronomiske navnekonvensjoner er TOI 700 d den fjerde fjerneste planeten fra stjernen. Bokstavene b og c er planetene nærmere stjernen. (Bokstaven a er forbeholdt stjernen og alle følgesvenner den måtte ha.)
TESS finner planeter ved å overvåke store skår av himmelen i 27 dager om gangen. Den oppdager fallet i stjernelys når en eksoplanett passerer mellom oss og stjernen. Hver gang en planet går foran stjernen sin, kalles det en transitt. I dette tilfellet fanget TESS de tre planetene i TOI 700-systemet som passerte flere ganger.
Det nye systemet og planeten er relativt nært i astronomiske termer. Denne nærheten er en sentral del av TESSs oppdrag: ikke bare er den designet for å finne planeter i jordstørrelse, men også for å la andre teleskoper gjøre oppfølgingsobservasjoner. Det er gjort vanskeligere jo lenger borte eksoplaneten er.
"TESS ble designet og lansert spesifikt for å finne planter i jordstørrelse som kretser rundt stjerner i nærheten," sa Paul Hertz, divisjonsdirektør for astrofysikk ved NASAs hovedkvarter i Washington. Planeter rundt stjerner i nærheten er enklest å følge opp med større teleskoper i verdensrommet og på jorden. Å oppdage TOI 700 d er et viktig vitenskapelig funn for TESS. Å bekrefte planetens størrelse og beboelige sonestatus med Spitzer er en annen gevinst for Spitzer når den nærmer seg slutten av vitenskapens operasjoner i januar. "
Vertstjernen er en liten, kjølig M-dverg (rød dverg) stjerne omtrent 40% av solens masse. Skårene som TESS-studier kalles sektorer, og TOI 700 dukket opp i flere sektorer i løpet av TESSs første driftsår. Opprinnelig identifiserte astronomer stjernen som mer lik vår sol. Det igjen gjorde at planetene virket større og varmere. Etter hvert ble feilen rettet, og nå kan astronomer se at TOI 700 d er i den beboelige sonen.
"Da vi korrigerte stjernens parametre, falt størrelsene på planetene, og vi skjønte at den ytterste var omtrent jordens størrelse og i den beboelige sonen," sa Emily Gilbert, en av forskerne og en doktorgradsstudent ved University of Chicago.
Et problem med eksoplaneter som kretser rundt røde dvergstjerner er fakling. Røde dverger er langlivede, noe som gjør dem til interessante kandidater for utvikling av livet på planetene deres. Men de kan utvise betydelig fakling, noen ganger doble energiproduksjonen i løpet av få minutter, noe som medfører mye debatt når det gjelder planetenes potensielle beboelighet. Men ifølge Gilbert viser TOI 700 d ingen fakkelaktivitet.
I tillegg så vi på 11 måneder med data ingen fakler fra stjernen, noe som forbedrer sjansene for at TOI 700 d er beboelig og gjør det enklere å modellere atmosfære- og overflateforholdene, sier Gilbert.
Et annet problem med eksoplaneter som går i bane rundt røde dvergstjerner er tidevannsperring. Fordi røde dverger produserer så mye mindre energi enn en stjerne som vår sol, må planeter være veldig nær dem for å være i den beboelige sonen. Men at nærheten nærmer seg tidevannsperring, noe som kan redusere sjansene for brukbarhet. I følge teamet bak dette arbeidet, som presenterte det på American Astronomical's Year Meeting, er disse planetene nesten helt sikkert tidløst.
Den innerste planeten, TOI 700 b, er omtrent like stor som Jorden og går i bane hver 10. dag. Den midterste planeten, 700 c, er 2,6 ganger større enn Jorden og fullfører en bane hver 16. dag. 700 c er sannsynligvis en verden dominert av gass. 700 d er omtrent 20% større enn jorden og fullfører en bane på 37 dager.
På grunn av betydningen av denne oppdagelsen - den første verdensstore verden i den beboelige sonen - ønsket forskere å være sikre på det. På grunn av dette behovet for sikkerhet, et team av forskere ledet av Joseph Rodriguez, fra Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian ba om oppfølgingsobservasjoner med Spitzer for å bekrefte TOI 700 d.
Det er ikke første gang at NASAs Spitzer-romteleskop ble bedt om å bekrefte oppdagelsen av en eksoplanett, og Spitzer spikret den.
“Spitzer så TOI 700 d transit nøyaktig når vi forventet det.”
Joseph Rodriguez, Harvard og SMithsonian Center for Astrophysics
"Med tanke på virkningen av denne oppdagelsen - at det er TESSs første jordbrukssone i jordstørrelse - ønsket vi virkelig at vår forståelse av dette systemet skulle være så konkret som mulig," sa Rodriguez. “Spitzer så TOI 700 d transitt nøyaktig når vi forventet det. Det er et flott tillegg til arven fra et oppdrag som bidro til å bekrefte to av TRAPPIST-1-planetene og identifisere fem til. "
Spitzer ga sterk bekreftelse på hva TESS fant. Den bekreftet at transitten faktisk var en planet, og ikke en mindre, dimmere følgesvenn. Spitzer foredlet også tilliten til TESS-målingene. I en pressemelding sier NASA at Spitzer “skjerpet målingene av sin <TOI 700 d’S> orbitale periode med 56% og størrelsen med 38%.” Flere oppfølgingsobservasjoner av et lite, bakkebasert teleskop på 1 meter ga ytterligere bekreftelse på funnet.
Men selv med all denne observasjonen er astronomer fremdeles i de tidlige stadiene av å studere denne planeten og dens system. Takket være nærheten er astronomer i stand til å bruke bakkebaserte teleskoper for å studere 700 d’masse mer presist, og forhåpentligvis bekrefte den jordiske eller gassformige naturen til alle tre eksoplaneter i systemet.
Når vi ser lenger fremover, skal fremtidige teleskoper - både bakkebaserte og romteleskoper - kunne studere planetene grundigere, kanskje til og med bestemme deres atmosfæriske sammensetning. Men det er i fremtiden. Foreløpig er informasjonen som astronomene har, verdifull: den kan brukes til å modellere planetene og komme med forutsigelser.
Forskere ved NASAs Goddard Space Flight Center har allerede laget 20 modeller av 700´s potensielle miljøer, for å se hva slags trykk og temperaturforhold som kan føre til levedyktighet. Men uansett hva de modellerer, og uansett hvilke fremtidige oppfølgingsobservasjoner finner ut om 700 d, vil det sannsynligvis være veldig forskjellig fra Jorden. En tidlig avlåst verden vil ha enormt ulikt vær og klima.
"Det er spennende fordi uansett hva vi finner ut om planeten, vil det se helt annerledes ut enn det vi har her på jorden."
Gabrielle Engelmann-Suissa, forskningsassistent, leder for modelleringsteam.
Modellene tjener et viktig formål med å forstå eksoplaneter som TOI 700 d. Ved å modellere atmosfæren på planeten, kan astronomer forutsi hvordan de atmosfæriske spektrene ville se ut. Disse modellene kan sammenlignes med faktiske spektra når vi får dem, for å gi astronomer et slags utgangspunkt for å forstå eksoplaneten videre.
"En dag, når vi har virkelige spektre fra TOI 700 d, kan vi spore tilbake, matche dem til det nærmeste simulerte spekteret og deretter matche det til en modell," sa Gabrielle Engelmann-Suissa, en forskningsassistent på Goddard som ledet modelleringsteamet . "Det er spennende fordi uansett hva vi finner ut om planeten, vil det se helt annerledes ut enn det vi har her på jorden."
Modellteamet produserte 20 forskjellige modeller for 700 d. I en simulering hadde eksoplaneten en tett, karbondioksid-dominert atmosfære som ligner på en ung Mars. I den modellen hadde den stjernevenderede siden et dypt lag med skyer. I en annen modell er planeten en jordversjon av jorden, skyfri og med vinder som renner bort fra nattsiden av planeten, som konvergerer på stjernesiden.
TESS er omtrent halvveis gjennom sitt to år lange oppdrag for å finne eksoplaneter. Astronomer forventer at TESS vil finne 10.000 planeter, og de estimerer at omtrent 10 av disse kunne jordlignende verdener i de beboelige sonene til stjerner som vår sol. TESS ledes og drives av MIT, og administreres av NASAs Goddard Space Flight Center.
Mer:
- Pressemelding: NASA Planet Hunter Finner sin første verdens størrelse jordbar-sone verden
- NASA: TESS, the Transiting Exoplanet Survey Satellite
- Space Magazine: Nå som TESS er operativ, vil Astronomer anslå den vil finne 14 000 planeter. 10 kan være jordens verdener i en sollignende stjerners beboelige sone
