Kepler-rymdobservatoriet har gjort några intressanta fynd sedan det började sitt uppdrag redan i mars 2009. Kepler- och K2-uppdragen har upptäckt totalt 5 106 planetkandidater och bekräftade förekomsten av 2 493 planeter.
En av de senaste fynd som gjorts med hjälp av Kepler är EPIC 228813918 b, en markbunden (dvs stenig) planet som kretsar kring en röd dvärgstjärna ungefär 264 till 355 ljusår från jorden. Denna upptäckt väcker intressanta frågor, eftersom det är andra gången att en planet med en ultrakort orbitalperiod - den fullbordar en enda bana på bara 4 timmar och 20 minuter - har hittats som kretsar kring en röd dvärgstjärna.
Studien, som nyligen publicerades online, genomfördes av ett internationellt team av forskare som kommer från institutioner från Massachusetts Institute of Technology (MIT), California Institute of Technology (Caltech), Tokyo Institute of Technology och Institute av Astrofysik på Kanarieöarna (IAC) till observatorier och universitet från hela världen.
Som teamet indikerade i sin studie gjordes upptäckten av denna exoplanet tack vare data som samlats in av många instrument. Detta inkluderade spektrografiska data från 8,2 m Subaru-teleskopet och 10-m Keck I-teleskopet (som båda ligger på Mauna Kea, Hawaii) och det nordiska optiska teleskopet (INTE) vid Roque de los Muchachos-observatoriet i La Palma, Spanien.
Detta kombinerades med bildbehandling från 3,5 m WIYN-teleskopet vid Kitt Peak National Observatory i Arizona, fotometri från NASA: s K2-uppdrag och arkivinformation om stjärnan som går tillbaka över 60 år. Efter att ha eliminerat andra möjliga förklaringar - till exempel en förmörkande binär (EB) - bekräftade de inte bara planets omloppsperiod utan också begränsade dess massa och storlek. Som de skrev:
”Vi använder en kombination av arkivbilder, AO-avbildning, RV-mätningar och ljuskurvmodellering att inget troligt förmörkande binärt scenario kan förklara K2-ljuskurvan och därmed bekräfta systemets planetariska natur. Planeten, vars radie vi bestämmer är 0,89 ± 0,09 [Jordradie], och som måste ha en järnmassfraktion större än 0,45, kretsar runt en stjärna med massan 0,463 ± 0,052 M och radien 0,442 ± 0,044 R. ”
Denna omloppsperiod - fyra timmar och 20 minuter - är den näst kortaste av alla exoplaneter som hittills hittats, och är bara 4 minuter längre än KOI 1843.03, som också kretsar kring en M-typ (röd dvärg) -stjärna. Det är också det senaste i en lång rad nyligen upptäckta exoplaneter som fullbordar en enda bana av sina stjärnor på mindre än en dag. Planeter som tillhör denna grupp kallas ultra-short-period (USP) planeter, varav Kepler har hittat totalt 106.
Men det som kanske är mest förvånande med denna upptäckt är hur massivt det är. Även om de inte mätte planetens massa direkt, indikerar deras begränsningar att exoplaneten har en övre massgräns på 0,7 Jupiter-massor - vilket fungerar till över 222 jordmassor. Och ändå lyckas planeten packa denna gasjättliknande massa i en radie som är 0,80 till 0,98 gånger jorden.
Orsaken till detta har de att göra med planetens uppenbara sammansättning, som är särskilt metallrik:
”Detta leder till en begränsning av kompositionen med en järnkärna och en silikatmantel. Vi bestämmer den minsta järnmassfraktionen som ska vara 0,525 ± 0,075 (jfr. 0,7 för KOI 1843,03), som är större än jorden, Venus eller Mars, men mindre än kvicksilver (cirka 0,38, 0,35, 0,26 och 0,68, respektive; Reynolds & Summers 1969). ”
I slutändan är upptäckten av denna planet viktig av flera orsaker. Å ena sidan indikerade teamet att de begränsningar som deras studie på planets sammansättning kunde visa sig vara användbara för att hjälpa till att förstå hur våra egna solplaneter blev.
"Att upptäcka och karakterisera extrema system, till exempel USP-planeter som EPIC 228813918 b, är viktigt eftersom de erbjuder begränsningar för teorier om planetbildning", avslutar de. "Dessutom tillåter de oss att börja begränsa deras inre struktur - och potentiellt för planeter med längre tid också, om de visar sig vara en enda population av objekt."
Å andra sidan ställer studien några intressanta frågor om USP-planeter - till exempel varför de två kortaste periodplaneterna båda hittades i kretsar om röda dvärgstjärnor. En möjlig förklaring, hävdar de, är att planer på kort tid kan ha längre livslängd runt M-dvärgar eftersom deras omloppsförfall troligen skulle bli mycket långsammare. De är emellertid snabba med försiktighet mot att göra några tentativa slutsatser innan mer forskning genomförs.
I framtiden hoppas teamet att genomföra mätningar av planetens massa med metoden radiell hastighet. Detta skulle troligtvis innebära en nästa generations högupplösta spektrografi, som instrumentet Infrared Doppler (IFD) eller CARMENES-instrumentet - som för närvarande byggs för Subaru-teleskopet och Calar Alto-observatoriet (respektive) för att hjälpa till i jakten på exoplaneter runt röda dvärgstjärnor.
En sak är dock tydlig. Detta senaste fynd är bara en annan indikation på att röda dvärgstjärnor är där exoplanetjägare kommer att behöva fokusera sina ansträngningar under de kommande åren och decennierna. Dessa stjärnor med låg massa, ultraljuda och med låg ljusstyrka är där några av de mest intressanta och extrema fynden görs. Och vad vi kan lära oss genom att studera dem lovar att vara mest djupgående!
