NASAs TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) har fundet sin første jordstørrelse planet beliggende i den beboelige zone for sin værtstjerne. Fundet blev bekræftet med Spitzer-rumteleskopet. Denne planet er en af kun et par jordstore verdener nogensinde fundet i en beboelig zone.
Planeten kaldes TOI 700 d, og den er omkring 100 lysår væk fra Jorden. Det kredser om TOI 700, en cool M-dværg (rød dværg) stjerne i stjernebilledet Dorado. Dette er en vigtig opdagelse for TESS, da den var designet til at friste jordplanetsplaneter ud i andre solsystemer.
Ved astronomiske navnekonventioner er TOI 700 d den fjerde fjerneste planet fra dens stjerne. Bogstaverne b og c er planeterne tættere på stjernen. (Bogstavet a er forbeholdt stjernen og alle ledsagere, det måtte have.)
TESS finder planeter ved at overvåge store skår af himlen i 27 dage ad gangen. Det registrerer faldet i stjernelys, når en exoplanet passerer mellem os og stjernen. Hver gang en planet passerer foran sin stjerne kaldes den en transit. I dette tilfælde fangede TESS de tre planeter i TOI 700-systemet transiterende flere gange.
Det nye system og dets planet er relativt tæt på astronomiske vilkår. Denne nærhed er en vigtig del af TESS's mission: ikke kun er den designet til at finde planeter i jordstørrelse, men også for at give andre teleskoper mulighed for at følge op observationer. Det er blevet vanskeligere, jo længere væk eksoplaneten er.
"TESS blev designet og lanceret specifikt for at finde planter i jordstørrelse, der kredser i nærheden af stjerner i nærheden," sagde Paul Hertz, direktør for astrofysikafdelingen ved NASAs hovedkvarter i Washington. ”Planeter omkring stjerner i nærheden er nemmest at følge op med større teleskoper i rummet og på Jorden. At opdage TOI 700 d er et vigtigt videnskabeligt fund for TESS. Bekræftelse af planetens størrelse og beboelige zonestatus med Spitzer er en anden gevinst for Spitzer, når det nærmer sig slutningen af videnskabsoperationer i januar. ”
Værtsstjernen er en lille, cool M-dværg (rød dværg) stjerne omkring 40% af solens masse. De skår, som TESS-undersøgelser kaldes sektorer, og TOI 700 optrådte i flere sektorer i løbet af TESS's første driftsår. Oprindeligt identificerede astronomer stjernen som mere ligner vores sol. Det fik planeterne til at virke større og varmere. Til sidst blev fejlen rettet, og nu kan astronomer se, at TOI 700 d er i den beboelige zone.
”Da vi korrigerede stjernens parametre, faldt størrelserne på dens planeter, og vi indså, at den yderste var omkring Jordens størrelse og i den beboelige zone,” sagde Emily Gilbert, en af forskerne og en kandidatstuderende ved University of Chicago.
Et problem med eksoplaneter, der kredser rundt om røde dværgstjerner, er fakkel. Røde dværge er langvarige, hvilket gør dem interessante kandidater til udvikling af livet på deres planeter. Men de kan udvise markant fakkel, nogle gange fordobling af deres energiproduktion i løbet af få minutter, noget der skaber en stor debat, når det gælder deres planeteres potentielle beboelighed. Men ifølge Gilbert udviser TOI 700 d ikke fakkelaktivitet.
"Derudover så vi på 11 måneders data ingen fakler fra stjernen, hvilket forbedrer chancerne for, at TOI 700 d er beboelig og gør det lettere at modellere dets atmosfære- og overfladeforhold," sagde Gilbert.
Et andet problem med eksoplaneter, der kredser rundt om røde dværgstjerner, er tidevandslåsning. Fordi røde dværge producerer så meget mindre energi end en stjerne som vores sol, skal planeter være meget tæt på dem for at være i den beboelige zone. Men denne nærhed fører til tidevandslåsning, hvilket kan mindske chancerne for beboelsesevne. Ifølge teamet bag dette arbejde, der præsenterede det på American Astronomical's Year Meeting, er disse planeter næsten helt sikkert tidligt låst.
Den inderste planet, TOI 700 b, er omtrent samme størrelse som Jorden og kredser hver 10. dag. Den midterste planet, 700 c, er 2,6 gange større end Jorden og afslutter en bane hver 16. dag. 700 c er sandsynligvis en verden domineret af gas. 700 d er ca. 20% større end Jorden og afslutter en bane på 37 dage.
På grund af betydningen af denne opdagelse - den første jordstørrelse verden i den beboelige zone - ville forskere være sikre på det. På grund af dette behov for sikkerhed var et team af videnskabsfolk ledet af Joseph Rodriguez fra Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian anmodede om opfølgningsobservationer med Spitzer for at bekræfte TOI 700 d.
Det er ikke første gang, at NASAs Spitzer-rumteleskop blev opfordret til at bekræfte opdagelsen af en exoplanet, og Spitzer spikede det.
“Spitzer så TOI 700 d transit nøjagtigt, da vi forventede, at det skulle ske.”
Joseph Rodriguez, Harvard og SMithsonian Center for Astrophysics
”I betragtning af virkningen af denne opdagelse - at det er TESSs første jord i jordstørrelsesplanet - ønskede vi virkelig, at vores forståelse af dette system skulle være så konkret som muligt,” sagde Rodriguez. ”Spitzer så TOI 700 d transit nøjagtigt, da vi forventede, at det skulle ske. Det er en fantastisk tilføjelse til arven fra en mission, der hjalp med at bekræfte to af TRAPPIST-1-planeterne og identificere fem mere. ”
Spitzer gav en stærk bekræftelse af, hvad TESS fandt. Det bekræftede, at transit faktisk var en planet og ikke en mindre, mørkere ledsagerstjerne. Spitzer forfinede også tilliden til TESS-målingerne. I en pressemeddelelse siger NASA, at Spitzer “skærpede deres målinger af sin <TOI 700 d’S> orbitale periode med 56% og dens størrelse med 38%.” Flere opfølgningsobservationer med et lille jordbaseret teleskop på 1 meter gav yderligere bekræftelse af opdagelsen.
Men selv med al denne observation er astronomer stadig i de tidlige stadier af at studere denne planet og dens system. Takket være dens nærhed vil astronomer være i stand til at bruge jordbaserede teleskoper til at studere 700 d’masse mere præcist og forhåbentlig bekræfte den jordiske eller gasformige natur af alle tre exoplaneter i systemet.
Når man ser længere fremad, skal fremtidige teleskoper - både jordbaserede og rumteleskoper - være i stand til at studere planeterne mere grundigt, måske endda bestemme deres atmosfæriske sammensætning. Men det er i fremtiden. For tiden er de oplysninger, astronomer har, værdifulde: de kan bruges til at modellere planeterne og fremsætte forudsigelser.
Forskere ved NASA's Goddard Space Flight Center har allerede oprettet 20 modeller af 700 d’S potentielle miljøer for at se, hvilken slags tryk og temperaturforhold der kan føre til beboelsesevne. Men uanset hvad de modellerer, og uanset hvilke fremtidige opfølgningsobservationer finder ud af omkring 700 d, er det sandsynligvis meget forskellig fra Jorden. En tidligt aflåst verden ville have meget forskelligt vejr og klima.
”Det er spændende, for uanset hvad vi finder ud af om planeten, vil den se helt anderledes ud end hvad vi har her på Jorden.”
Gabrielle Engelmann-Suissa, forskningsassistent, leder af modelleringsteam.
Modellerne tjener et vigtigt formål med at forstå eksoplaneter som TOI 700 d. Ved at modellere planetens atmosfære kan astronomer forudsige, hvordan de atmosfæriske spektre ville se ud. Disse modeller kan sammenlignes med faktiske spektre, når vi får dem, for at give astronomer et slags udgangspunkt for at forstå eksoplaneten yderligere.
”Når vi en dag har rigtige spektre fra TOI 700 d, kan vi backtrack, matche dem til det nærmeste simulerede spektrum og derefter matche det til en model,” sagde Gabrielle Engelmann-Suissa, en forskningsassistent på Goddard, der ledede modelleringsholdet . ”Det er spændende, for uanset hvad vi finder ud af om planeten, vil den se helt anderledes ud end hvad vi har her på Jorden.”
Modelleringsteamet producerede 20 forskellige modeller til 700 d. I en simulering havde exoplaneten en tæt kuldioxid-domineret atmosfære, der ligner en ung Mars. I denne model havde den stjernevendende side et dybt lag med skyer. I en anden model er planeten en jordbunden version af Jorden, skyfri og med vinde, der flyder væk fra nattsiden af planeten, der konvergerer på stersiden.
TESS er omtrent halvvejs gennem sin toårige mission for at finde eksoplaneter. Astronomer forventer, at TESS finder 10.000 planeter, og de estimerer, at ca. 10 af disse kunne jordlignende verdener i beboelige zoner af stjerner som vores sol. TESS ledes og drives af MIT og administreres af NASA's Goddard Space Flight Center.
Mere:
- Pressemeddelelse: NASA Planet Hunter finder sin 1. verdens jord i jordstørrelsesområdet
- NASA: TESS, den transiterende eksoplanet-satellit
- Space Magazine: Nu hvor TESS er operationel, estimerer astronomer det finder 14.000 planeter. 10 kunne være jordlignende verdener i en sollignende stjernes beboelige zone
