Sökandet efter extrasolplaneter har visat några mycket intressanta upptäckter. Förutom planeter som är mer massiva versioner av sina Solar-motsvarigheter (alias Super-Jupiters och Super-Earths) har det funnits många planeter som sträcker sig över gränsen mellan klassificeringarna. Och då fanns det tillfällen då uppföljningsobservationer har lett till upptäckten av flera planetsystem.
Detta var verkligen fallet när det kom till K2-18, ett rött dvärgstjärnsystem som ligger cirka 111 ljusår från Jorden i stjärnbilden Leo. Med hjälp av ESO: s High precision Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) undersökte ett internationellt team av astronomer nyligen en tidigare upptäckt exoplanet i detta system (K2-18b) när de noterade förekomsten av en andra exoplanet.
Studien som beskriver deras resultat - "Karakterisering av K2-18-multiplanetarsystemet med HARPS" - planeras publiceras i tidskriften Astronomi och astrofysik. Forskningen stöds av Canadas naturvetenskap och forskningsråd (NSERC) och Institute for Exoplanets Research - ett konsortium av forskare och studenter från University of Montreal och McGill University.
Ledd av Ryan Cloutier, en doktorand vid University of Toronto Center for Planet Science och University of Montréal Institute for Research on Exoplanets (iREx), ingick i teamet medlemmar från universitetet i Genève, Grenoble Alpes universitet och University of Porto. Tillsammans genomförde teamet en studie av K2-18b i hopp om att karakterisera denna exoplanet och bestämma dess sanna natur.
När K2-18b för första gången upptäcktes 2015 såg det sig att det kretsade i stjärnans beboeliga zon (alias "Goldilocks Zone"). Teamet ansvarigt för upptäckten bestämde också att med tanke på dess avstånd från sin stjärna fick K2-18b: s yta liknande mängder strålning som Jorden. De initiala beräkningarna av planetens storlek lämnade dock astronomer osäkra på om planeten var en Super-Earth eller en mini-Neptun.
Av denna anledning försökte Cloutier och hans team att karakterisera planetens massa, ett nödvändigt steg mot att bestämma dess atmosfäriska egenskaper och bulkkomposition. För detta ändamål erhöll de radiella hastighetsmätningar av K2-18 med hjälp av HARPS spektrograf. Dessa mätningar tillät dem att placera massbegränsningar på tidigare upptäckta exoplanet, men avslöjade också något extra.
Som Ryan Cloutier förklarade i ett UTSc-pressmeddelande:
”Att kunna mäta massan och densiteten för K2-18b var enormt, men att upptäcka en ny exoplanet var tur och lika spännande ... Om du kan få massan och radien kan du mäta planetens bulkdensitet och det kan säga du vad huvuddelen av planeten är gjord av. ”
I huvudsak visade deras radiella hastighetsmätningar att K2-18b har en massa av cirka 8,0 ± 1,9 jordmassor och en bulkdensitet av 3,3 ± 1,2 g / cm³. Detta överensstämmer med en markbunden (aka. Stenig) planet med en betydande gasformig hölje och en vattenmassfraktion som är lika med eller mindre än 50%. Med andra ord är det antingen en Super-Earth med en liten gasformig atmosfär (som Earths) eller "vattenvärlden" med ett tjockt islager på toppen.
De fann också bevis för en andra "varma" Superjord med namnet K2-18c, som har en massa på 7,5 ± 1,3 jordmassor, en omloppsperiod på 9 dagar, och en halv-huvudaxel som är ungefär 2,4 gånger mindre än K2-18b. Efter att ha granskat de ursprungliga ljuskurvorna erhållna från K2-18 drog de slutsatsen att K2-18c inte upptäcktes eftersom den har en bana som inte ligger i samma plan. Som Cloutier beskrev upptäckten:
”När vi först kastade uppgifterna på bordet försökte vi ta reda på vad det var. Du måste se till att signalen inte bara är brus, och du måste göra noggrann analys för att verifiera den, men att se att den initiala signalen var en bra indikation att det fanns en annan planet ... Det var inte ett eureka-ögonblick eftersom vi fortfarande var tvungna att gå genom en checklista över saker att göra för att verifiera uppgifterna. När alla rutorna hade kontrollerats sjönk det i det, wow, det här är faktiskt en planet. ”
Tyvärr kretsar den nyupptäckta K2-18c för nära sin stjärna för att den ska vara inom den bebodda zonen. Sannolikheten för att K2-18b kan vara bebodd förblir emellertid sannolik, trodde det beror på dess bulkkomposition. I slutändan kommer detta system att dra nytta av ytterligare undersökningar som mer än troligt kommer att involvera NASA: s James Webb Space Telescope (JWST) - som är planerad att lanseras 2019.
Dessa undersökningar förväntar sig att lösa de senaste mysterierna om denna planet, vilket är om det är jordliknande eller en "vattenvärld". "Med de aktuella uppgifterna kan vi inte skilja mellan dessa två möjligheter," sa Cloutier. "Men med James Webb Space Telescope (JWST) kan vi undersöka atmosfären och se om det har en omfattande atmosfär eller om det är en planet täckt av vatten."
Som René Doyon - den huvudsakliga utredaren för den nära-infraröda bildbildaren och den slitlösa spektrografen (NIRISS), den kanadensiska rymdbyråns instrument ombord på JWST och en medförfattare på papperet - förklarade:
"Det finns mycket efterfrågan att använda detta teleskop, så du måste vara noggrann när du väljer vilka exoplaneter att titta på. K2-18b är nu ett av de bästa målen för atmosfärisk studie, det kommer till den översta toppen av listan. "
Upptäckten av denna andra Super-Earth i K2-18-systemet är ännu en indikation på hur utbredda flerplanet-system är runt M-typen (röd dvärg) stjärnor. Närheten till detta system, som har åtminstone en planet med en tjock atmosfär, gör det också väl lämpat för studier som kommer att lära astronomer mer om exoplanetens atmosfär.
Räkna med att höra mer om denna stjärna och dess planetsystem under de kommande åren!
