För femton år sedan hade världens största teleskop ännu inte hittat en planet som kretsar kring en annan stjärna. Idag bevisar teleskop som inte är större än de som finns i varuhusen att de kan upptäcka tidigare okända världar. En nyfunden planet upptäckt av ett litet teleskop med 4 tum diameter visar att vi befinner oss i en ny tid av planetupptäckten. Snart kan nya världar lokaliseras i en accelererande takt, vilket kommer att upptäcka den första jordstora världen ett steg närmare.
"Denna upptäckt visar att även ödmjuka teleskoper kan ge enorma bidrag till planetsökningar," säger Guillermo Torres från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), en medförfattare till studien.
Denna forskningsstudie kommer att publiceras online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0408421 och kommer att visas i ett kommande nummer av The Astrophysical Journal Letters.
Detta är den allra första extrasolära planetupptäckten som gjorts av en dedikerad undersökning av många tusentals relativt ljusa stjärnor i stora himmelområden. Det gjordes med hjälp av Trans-Atlantic Exoplanet Survey (TrES), ett nätverk av små, relativt billiga teleskop designade för att leta specifikt efter planeter som kretsar kring ljusa stjärnor. Ett team av forskare som leddes av David Charbonneau (CfA / Caltech), Timothy Brown från National Center for Atmospheric Research (NCAR) och Edward Dunham från Lowell Observatory utvecklade TrES-nätverket. Det första stödet för TrES-nätverket kom från NASA: s Jet Propulsion Laboratory och California Institute of Technology.
”Det tog flera doktorander. forskare som arbetar på heltid för att utveckla dataanalysmetoderna för detta sökprogram, men själva utrustningen använder enkla komponenter utanför hyllan, säger Charbonneau.
Trots att de små teleskoperna i TrES-nätet gjorde den första upptäckten, krävdes uppföljningsobservationer vid andra anläggningar. Observationer vid W.M. Keck-observatoriet, som för University of California, Caltech och NASA driver världens två största teleskoper på Hawaii, var särskilt avgörande för att bekräfta planetens existens.
Planet Shadows
Den nyfundna planeten är en Jupiter-stor jättegigant som kretsar runt en stjärna som ligger cirka 500 ljusår från jorden i stjärnbilden Lyra. Denna värld cirklar sin stjärna var 3.03 dagar på ett avstånd på bara 4 miljoner miles, mycket närmare och snabbare än planeten Merkurius i vårt solsystem.
Astronomer använde en innovativ teknik för att upptäcka denna nya värld. Det hittades med "transitmetoden", som letar efter ett dopp i en stjärns ljusstyrka när en planet korsar direkt framför stjärnan och kastar en skugga. En Jupiter-storlek planet blockerar bara cirka 1/100: e ljuset från en solliknande stjärna, men det räcker för att göra det upptäckt.
För att lyckas måste transportsökningar undersöka många stjärnor eftersom vi bara ser en transitering om ett planetsystem ligger nästan i riktning mot vår siktlinje. Ett antal olika transiteringssökningar pågår för närvarande. De flesta undersöker begränsade områden på himlen och fokuserar på svagare stjärnor eftersom de är vanligare, vilket ökar chansen att hitta ett transiteringssystem. TrES-nätverket koncentrerar sig dock på att söka efter ljusare stjärnor i större himmelstränder eftersom planeter som kretsar kring ljusa stjärnor är lättare att studera direkt.
"Allt vi måste arbeta med är ljuset som kommer från stjärnan," säger Brown. "Det är mycket svårare att lära sig någonting när stjärnorna är svaga."
"Det är nästan paradoxalt att små teleskop är mer effektiva än de största om du använder transitmetoden, eftersom vi lever i en tid då astronomer redan planerar teleskop med en diameter på 100 meter," säger huvudförfattare Roi Alonso från Astrophysical Institute of Kanarieöarna (IAC), som upptäckte den nya planeten.
De mest kända extrasolära planeterna hittades med hjälp av ”Doppler-metoden”, som upptäcker en planets gravitationseffekt på dess stjärna spektroskopiskt genom att bryta stjärnans ljus i sina komponentfärger. Men informationen som kan samlas in om en planet med Doppler-metoden är begränsad. Till exempel kan endast en nedre gräns för massan bestämmas eftersom vinkeln vid vilken vi ser systemet är okänd. En högmassad brun dvärg vars bana är mycket lutande till vår siktlinje ger samma signal som en lågmasseplanet som är nästan kant på.
”När astronomer hittar en transiterande planet, vet vi att dess bana huvudsakligen är i front, så vi kan beräkna dess exakta massa. Från mängden ljus det blockerar, lär vi oss dess fysiska storlek. I ett fall har vi till och med kunnat upptäcka och studera en jätteplanets atmosfär, säger Charbonneau.
Sortera misstänkta
TrES-undersökningen undersökte cirka 12 000 stjärnor i 36 kvadratgrader av himlen (ett område som är halva storleken på skålen med Big Dipper). Roi Alonso, en forskarstuderande vid Browns, identifierade 16 möjliga kandidater för plantransit. ”TrES-undersökningen gav oss vår första sammansättning av misstänkta. Då var vi tvungna att göra en hel del uppföljningsobservationer för att eliminera imposterna, säger medförfattaren Alessandro Sozzetti (University of Pittsburgh / CfA).
Efter att ha sammanställt kandidatlistan i slutet av april använde forskarna teleskoper vid CfAs Whipple Observatory i Arizona och Oak Ridge Observatory i Massachusetts för att få ytterligare fotometriska (ljusstyrka) observationer, såväl som spektroskopiska observationer som eliminerade eklipserande binära stjärnor.
Inom två månader hade laget nollat in den mest lovande kandidaten. Högupplösta spektroskopiska observationer av Torres och Sozzetti med användning av tid som tillhandahölls av NASA på 10-metersdiametern Keck I-teleskopet på Hawaii klädde fallet.
Utan detta uppföljningsarbete kan de fotometriska undersökningarna inte säga vilka av deras kandidater som faktiskt är planeter. Beviset på pudding är en bana för moderstjärnan, och det fick vi med Doppler-metoden. Det var därför Keck-observationerna av denna stjärna var så viktiga för att bevisa att vi hade hittat ett sant planetsystem, säger medförfattare David Latham (CfA).
Anmärkningsvärt normalt
Planeten, kallad TrES-1, liknar Jupiter i massa och storlek (diameter). Det är troligtvis en gasgigant som huvudsakligen består av väte och helium, de vanligaste elementen i universum. Men till skillnad från Jupiter, kretsar den mycket nära sin stjärna och ger den en temperatur på cirka 1500 grader F.
Astronomer är särskilt intresserade av TrES-1 eftersom dess struktur överensstämmer så bra med teorin, i motsats till den första upptäckta transiterande planeten, HD 209458b. Den senare världen innehåller ungefär samma massa som TrES-1 men är ändå cirka 30% större i storlek. Till och med dess närhet till stjärnan och den medföljande värmen förklarar inte en så stor storlek.
"Att hitta TrES-1 och se hur normalt det är får oss att misstänka att HD 209458b är en" udda bollplanet ", säger Charbonneau.
TrES-1 kretsar runt sin stjärna var 72: e timme och placerar den bland en grupp liknande planeter kända som "heta Jupiters." Sådana världar formades troligen mycket längre bort från sina stjärnor och migrerade sedan inåt och svepte bort alla andra planeter under processen. De många planetariska systemen som visar sig innehålla heta Jupiters indikerar att vårt solsystem kan vara ovanligt för dess relativt tyst historia.
Både TrES-1s nära bana och dess migrationshistoria gör det osannolikt att det har några månar eller ringar. Ändå kommer astronomer att fortsätta undersöka detta system noggrant eftersom exakta fotometriska observationer kan upptäcka månar eller ringar om de finns. Dessutom kan detaljerade spektroskopiska observationer ge ledtrådar till närvaron och sammansättningen av planetens atmosfär.
Uppsatsen som beskriver dessa resultat är författad av: Roi Alonso (IAC); Timothy M. Brown (NCAR); Guillermo Torres och 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); och Robert Stefanik (CfA).
Detta gemensamma tillkännagivande utfärdas samtidigt av CfA, IAC, NCAR, University of Pittsburgh och Lowell Observatory.
W.M. Keck Observatory drivs av California Association for Research in Astronomy, ett vetenskapligt partnerskap mellan California Institute of Technology, University of California och National Aeronautics and Space Administration.
Huvudkontoret ligger i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) är ett gemensamt samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory och Harvard College Observatory. CfA-forskare, organiserade i sex forskningsavdelningar, studerar universums ursprung, evolution och slutliga öde.
Originalkälla: Harvard CfA News Release
