For 15 år siden havde verdens største teleskoper endnu ikke fundet en planet, der kredser om en anden stjerne. I dag viser teleskoper, der ikke er større end dem, der er tilgængelige i stormagasiner, i stand til at opdage tidligere ukendte verdener. En nyfundet planet detekteret af et lille teleskop med 4 tommer i diameter demonstrerer, at vi er i spidsen for en ny tids opdagelse af planeten. Snart kan nye verdener lokaliseres i et accelererende tempo, hvilket bringer afsløringen af den første jordstørrede verden et skridt nærmere.
”Denne opdagelse viser, at selv ydmyge teleskoper kan yde enorme bidrag til planetsøgninger,” siger Guillermo Torres fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), en medforfatter til undersøgelsen.
Denne forskningsundersøgelse vil blive offentliggjort online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0408421 og vises i en kommende udgave af The Astrophysical Journal Letters.
Dette er den allerførste ekstrasolære planetopdagelse foretaget af en dedikeret undersøgelse af mange tusinder af relativt lyse stjerner i store himmelregioner. Det blev lavet ved hjælp af den transatlantiske eksoplanetundersøgelse (TrES), et netværk af små, relativt billige teleskoper designet til at se specifikt efter planeter, der kredser om lyse stjerner. Et team af videnskabsfolk ledet af David Charbonneau (CfA / Caltech), Timothy Brown fra National Center for Atmospheric Research (NCAR) og Edward Dunham fra Lowell Observatory udviklede TrES-netværket. Den oprindelige støtte til TrES-netværket kom fra NASAs Jet Propulsion Laboratory og California Institute of Technology.
”Det tog flere ph.d.er. forskere, der arbejder på fuld tid med at udvikle datamanalysemetoderne til dette søgeprogram, men selve udstyret bruger enkle, hyldekomponenter, ”siger Charbonneau.
Selvom de små teleskoper på TrES-netværket gjorde den første opdagelse, var der behov for opfølgningsobservationer på andre faciliteter. Observationer ved W.M. Keck-observatoriet, der for University of California, Caltech og NASA, driver verdens to største teleskoper på Hawaii, var særlig vigtigt for at bekræfte planetens eksistens.
Planetskygger
Den nyfundne planet er en gasgigant i størrelse Jupiter, der kredser rundt en stjerne beliggende omkring 500 lysår fra Jorden i stjernebilledet Lyra. Denne verden cirkler sin stjerne hver 3.03 dage i en afstand af kun 4 millioner miles, meget tættere og hurtigere end planeten Merkur i vores solsystem.
Astronomer brugte en innovativ teknik til at opdage denne nye verden. Den blev fundet ved hjælp af "transitmetoden", der ser efter en dukkert i en stjerners lysstyrke, når en planet krydser direkte foran stjernen og kaster en skygge. En Jupiter-størrelse planet blokerer kun ca. 1/100 af lyset fra en sollignende stjerne, men det er nok til at gøre det detekterbart.
For at få succes, skal transit-søgninger undersøge mange stjerner, fordi vi kun ser en transit, hvis et planetarisk system er næsten tæt på vores synslinje. Der er i øjeblikket en række forskellige transit-søgninger i gang. De fleste undersøger begrænsede områder af himlen og fokuserer på svagere stjerner, fordi de er mere almindelige, hvilket øger chancerne for at finde et transiteringssystem. TrES-netværket koncentrerer sig imidlertid om at søge lysere stjerner i større skår af himlen, fordi planeter, der kredser om lyse stjerner, er lettere at studere direkte.
”Alt hvad vi skal arbejde med er lyset, der kommer fra stjernen,” siger Brown. ”Det er meget sværere at lære noget, når stjernerne er svage.”
”Det er næsten paradoksalt, at små teleskoper er mere effektive end de største, hvis du bruger transitmetoden, da vi lever i en tid, hvor astronomer allerede planlægger teleskoper på 100 meter,” siger hovedforfatter Roi Alonso fra Astrophysical Institute of De Kanariske Øer (IAC), der opdagede den nye planet.
De mest kendte ekstrasolære planeter blev fundet ved hjælp af "Doppler-metoden", der registrerer en planets gravitationseffekt på sin stjerne spektroskopisk ved at bryde stjernens lys i dets komponentfarver. Imidlertid er de oplysninger, der kan indsamles om en planet ved hjælp af Doppler-metoden, begrænset. For eksempel kan kun en nedre grænse for massen bestemmes, fordi vinklen, som vi ser på systemet er ukendt. En højmasse brun dværg, hvis bane er meget tilbøjelig til vores synslinje frembringer det samme signal som en lavmasse-planet, der næsten er kantet af.
”Når astronomer finder en transiterende planet, ved vi, at dens bane i det væsentlige er kant-on, så vi kan beregne dens nøjagtige masse. Fra den mængde lys, den blokerer, lærer vi dens fysiske størrelse. I et tilfælde har vi endda været i stand til at registrere og studere en gigantisk planetens atmosfære, ”siger Charbonneau.
Sortere mistænkte
TrES-undersøgelsen undersøgte cirka 12.000 stjerner i 36 kvadratgrader af himlen (et område halvt så stort som skålen med Big Dipper). Roi Alonso, en kandidatstuderende ved Browns, identificerede 16 mulige kandidater til planettransit. ”TrES-undersøgelsen gav os vores oprindelige opstilling af mistænkte. Derefter blev vi nødt til at foretage en masse opfølgningsobservationer for at eliminere imposters, ”siger medforfatter Alessandro Sozzetti (University of Pittsburgh / CfA).
Efter at have udarbejdet kandidatlisten i slutningen af april, brugte forskerne teleskoper ved CfA's Whipple Observatory i Arizona og Oak Ridge Observatory i Massachusetts for at få yderligere fotometriske (lysstyrke) observationer samt spektroskopiske observationer, der fjernede formørkelse af binære stjerner.
I løbet af to måneders tid havde holdet nulstillet den mest lovende kandidat. Spektroskopiske observationer i høj opløsning af Torres og Sozzetti ved brug af tid leveret af NASA på Keck I-teleskopet på 10 meter i Hawaii behandlede sagen.
”Uden dette opfølgningsarbejde kan de fotometriske undersøgelser ikke fortælle, hvilke af deres kandidater der faktisk er planeter. Beviset for budding er en bane for den overordnede stjerne, og det fik vi ved hjælp af Doppler-metoden. Derfor var Keck-observationer af denne stjerne så vigtige for at bevise, at vi havde fundet et ægte planetarisk system, ”siger medforfatter David Latham (CfA).
Bemærkelsesværdigt Normal
Planeten, kaldet TrES-1, ligner meget Jupiter i masse og størrelse (diameter). Det er sandsynligvis en gasgigant, der primært består af brint og helium, de mest almindelige elementer i universet. Men i modsætning til Jupiter, kredser den meget tæt på sin stjerne, hvilket giver den en temperatur på omkring 1500 grader F.
Astronomer er især interesseret i TrES-1, fordi dens struktur stemmer godt overens med teorien, i modsætning til den første opdagede transiterende planet, HD 209458b. Den sidstnævnte verden indeholder omtrent den samme masse som TrES-1, men er alligevel ca. 30% større i størrelse. Selv dens nærhed til sin stjerne og den medfølgende varme forklarer ikke en så stor størrelse.
"At finde TrES-1 og se, hvor normal det er, får os til at mistænke, at HD 209458b er en 'oddball' planet," siger Charbonneau.
TrES-1 kredser om sin stjerne hver 72 time og placerer den blandt en gruppe af lignende planeter kendt som "hot Jupiters." Sådanne verdener formedes sandsynligvis meget længere væk fra deres stjerner og vandrede derefter indad og fejede væk andre planeter i processen. De mange planetariske systemer, der viser sig at indeholde varme Jupiters, viser, at vores solsystem kan være usædvanligt for dets relativt stille historie.
Både TrES-1s nære bane og dens migrationshistorie gør det usandsynligt, at det har nogen måner eller ringe. Ikke desto mindre vil astronomer fortsætte med at undersøge dette system nøje, fordi nøjagtige fotometriske observationer kan opdage måner eller ringe, hvis de findes. Derudover kan detaljerede spektroskopiske observationer give ledetråde til tilstedeværelsen og sammensætningen af planetens atmosfære.
Papiret, der beskriver disse resultater, er skrevet af: Roi Alonso (IAC); Timothy M. Brown (NCAR); Guillermo Torres og David W. Latham (CfA); Alessandro Sozzetti (University of Pittsburgh / CfA); Georgi Mandushev (Lowell), Juan A. Belmonte (IAC); David Charbonneau (CfA / Caltech); Hans J. Deeg (IAC); Edward W. Dunham (Lowell); Francis T. O’Donovan (Caltech); og Robert Stefanik (CfA).
Denne fælles meddelelse udsendes samtidig af CfA, IAC, NCAR, University of Pittsburgh og Lowell Observatory.
W.M. Keck Observatory drives af California Association for Research in Astronomy, et videnskabeligt partnerskab mellem California Institute of Technology, University of California og National Aeronautics and Space Administration.
Hovedkvarter i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) er et fælles samarbejde mellem Smithsonian Astrophysical Observatory og Harvard College Observatory. CfA-forskere, der er organiseret i seks forskningsafdelinger, studerer universets oprindelse, udvikling og ultimative skæbne.
Original kilde: Harvard CfA News Release
