Artistillustration av den steniga planeten runt M-dvärgen Gliese 876. Bildkredit: NSF. Klicka för att förstora.
Med ett stort steg framåt i jakten på jordliknande planeter bortom vårt eget solsystem har ett team av astronomer meddelat upptäckten av den minsta extrasolära planeten som hittills har upptäckts. Ungefär sju och en halv gånger så massiv som jorden, med ungefär dubbelt radien, kan det vara den första klippiga planeten som någonsin hittats som kretsar runt en normal stjärna som inte skiljer sig mycket från vår sol.
Alla de nästan 150 andra extrasolära planeterna som hittills upptäckts runt normala stjärnor har varit större än Uranus, en isgigant som är cirka 15 gånger jordens massa.
"Vi fortsätter att trycka gränserna för vad vi kan upptäcka och vi kommer närmare och närmare att hitta Earths," säger teammedlem Steven Vogt, professor i astronomi och astrofysik vid University of California, Santa Cruz.
? Dagens resultat är ett viktigt steg mot att svara på en av de mest djupgående frågor som mänskligheten kan ställa: Är vi ensamma i universum ?? säger Michael Turner, chef för direktoratet för matematiska och fysiska vetenskaper vid National Science Foundation, som gav delvis finansiering för forskningen.
Den nyupptäckta "superjorden"? kretsar runt stjärnan Gliese 876, som ligger bara 15 ljusår bort i riktning mot konstellationen Vattumannen. Denna stjärna har också två större planeter av Jupiter-storlek. Den nya planeten piskar runt stjärnan på bara två dagar och är så nära stjärnans yta att dess temperatur troligen toppar 400 till 750 grader Fahrenheit (200 till 400 grader Celsius)? Ugnsliknande temperaturer som är alltför varma för livet som vi vet det.
Ändå förmågan att upptäcka den lilla vinglingen som planeten framkallar i stjärnan ger astronomer förtroende för att de kommer att kunna upptäcka ännu mindre steniga planeter i banor som är mer gästvänliga i livet.
"Detta är den minsta extrasolära planeten som hittills har upptäckts och den första av en ny klass av steniga markplaneter," säger teammedlem Paul Butler från Carnegie Institution of Washington. "Det är som jordens större kusin."
Teamet mäter en minsta massa för planeten på 5,9 jordmassor, som kretsar kring Gliese 876 med en period på 1,94 dagar på ett avstånd av 0,021 astronomiska enheter (AU), eller 2 miljoner miles.
Även om teamet inte har något direkt bevis på att planeten är stenig, hindrar dess låga massa den från att behålla gas som Jupiter. Tre andra påstådda steniga planeter har rapporterats, men de kretsar kring en pulsar, en blinkande lik av en exploderad stjärna.
"Denna planet svarar på en gammal fråga", säger teamledaren Geoffrey Marcy, professor i astronomi vid University of California, Berkeley. ”För mer än 2000 år sedan argumenterade de grekiska filosoferna Aristoteles och Epicurus om det fanns andra jordliknande planeter. Nu har vi för första gången bevis för en stenig planet runt en normal stjärna. ”
Marcy, Butler, teoretisk astronom Jack Lissauer från NASA / Ames Research Center och postdoktor Eugenio J. Rivera från University of California Observatories / Lick Observatory vid UC Santa Cruz presenterade sina resultat idag (måndag 13 juni) under en press konferens på NSF i Arlington, Va.
Deras forskning som genomfördes vid Keck-observatoriet på Hawaii stöds av NSF, National Aeronautics and Space Administration, University of California och Carnegie Institution of Washington.
Ett dokument som beskriver resultaten har lämnats in till The Astrophysical Journal. Coauthors på papperet är Steven Vogt och Gregory Laughlin från Lick Observatory vid University of California, Santa Cruz; Debra Fischer från San Francisco State University; och Timothy M. Brown från NSF: s National Center for Atmospheric Research i Boulder, Colorado.
Gliese 876 (eller GJ 876) är en liten, röd stjärna känd som en M-dvärg? den vanligaste stjärntypen i galaxen. Det är beläget i Vattumannkonstellationen, och ungefär en tredjedel av solens massa är den minsta stjärnan runt vilken planeter har upptäckts. Butler och Marcy upptäckte den första planeten där 1998; det visade sig vara en gasgigant som var ungefär dubbelt så stor som Jupiter. Sedan 2001 rapporterade de om en andra planet, en annan gasjätte ungefär hälften av Jupiters massa. De två är i resonanta banor, den yttre planeten tar 60 dagar att kretsa runt stjärnan, två gånger så lång tid som den inre jätteplaneten.
Lissauer och Rivera har analyserat Keck-uppgifter om Gliese 876-systemet för att modellera de ovanliga rörelserna från de två kända planeterna, och för tre år sedan fick man en inkling om att det kan finnas en mindre, tredje planet som kretsar runt stjärnan. Om de faktiskt inte hade tagit hänsyn till den resonanta interaktionen mellan de två kända planeterna, skulle de aldrig ha sett den tredje planeten.
"Vi hade en modell för de två planeterna som interagerar med varandra, men när vi tittade på skillnaden mellan tvåplanetsmodellen och de faktiska uppgifterna, hittade vi en signatur som kan tolkas som en tredje planet," sa Lissauer.
En modell med tre planeter gav konsekvent bättre data, tilllade Rivera. "Men eftersom signalen från denna tredje planet inte var särskilt stark, var vi mycket försiktiga med att tillkännage en ny planet tills vi hade mer data," sade han.
Nya förbättringar av Keck Teleskopets högupplösta spektrometer (HIRES) gav avgörande ny data. Vogt, som designade och byggde HIRES, arbetade med teknisk personal i UC Observatories / Lick Observatory Laboratories vid UC Santa Cruz för att uppgradera spektrometerns CCD (laddningskopplade enheter) detektorer i augusti.
"Det är data med högre precision från de uppgraderade HIRES som ger oss förtroende för detta resultat," sade Butler.
Teamet har nu övertygande data för planeten som går runt mycket nära stjärnan, på ett avstånd av cirka 10 stjärnradier. Det är mindre än en tiondel av storleken på Merkurius omloppsbana i vårt solsystem.
"I en tvådagars bana är det cirka 200 grader för varmt för flytande vatten," sade Butler. ”Det tenderar att leda oss till slutsatsen att den mest sannolika sammansättningen av denna sak är som de inre planeterna i detta solsystem? en nickeljärnrock, en stenig planet, en jordplanet. ”
"Planetmassan kunde lätt hålla fast vid en atmosfär," konstaterade Laughlin, biträdande professor i astronomi vid UC Santa Cruz. ”Det skulle fortfarande betraktas som en stenig planet, antagligen med en järnkärna och en kiselmantel. Det kan till och med ha ett tätt ångvattenskikt. Jag tror att det vi ser här är något som är mellanliggande mellan en riktig jordplanet som Jorden och en het version av isjättarna Uranus och Neptun. ”
I kombination med förbättrad datorprogramvara kan de nya CCD-laddningsdetektorerna (laddningskopplad enhet) som designats av detta team för Kecks HIRES-spektrometer nu mäta Doppler-hastigheten för en stjärna till inom en meter per sekund? mänsklig gånghastighet? istället för den tidigare precisionen på tre meter per sekund. Denna förbättrade känslighet gör det möjligt för planetjaktgruppen att upptäcka gravitationseffekten av en jordliknande planet inom den bebodliga zonen för M dvärgstjärnor som Gliese 876.
"Vi driver en helt ny regim i Keck för att uppnå en meter per sekund precision, tredubbla vår gamla precision, som också skulle göra det möjligt för oss att se jordmassaplaneter runt solliknande stjärnor inom de närmaste åren," sade Butler.
"Vårt UC Santa Cruz och Lick Observatory-team har gjort en enorm mängd optiskt och tekniskt och detektorarbete för att göra Keck-teleskopet till en stenig planetjägare, den bästa i världen," tillade Marcy.
Lissauer är också upphetsad av en annan prestation som rapporterats i tidningen som lämnats till tidskriften. För första gången har han, Rivera och Laughlin bestämt siktlinjen för bana i det stjärniga systemet uteslutande från den observerade Doppler wobble av stjärnan. Med hjälp av dynamiska modeller för hur de två Jupiter-planeterna interagerar, kunde de beräkna massorna av de två jätteplaneterna utifrån de observerade formerna och precessionsgraden för deras ovala banor. Förekomst är den långsamma vridningen av den långa axeln på en planets elliptiska bana.
De visade att banplanet lutas 40 grader mot vår siktlinje. Detta gjorde det möjligt för laget att uppskatta den mest sannolika massan på den tredje planeten som sju och en halv jordmassa.
"Det finns mer dynamisk modellering involverad i denna studie än någon tidigare studie, mycket mer," sade Lissauer.
Teamet planerar att fortsätta att observera stjärnan Gliese 876, men är angelägen om att hitta andra markplaneter bland de 150 eller fler M dvärgplaneterna de observerar regelbundet med Keck.
"Hittills hittar vi nästan inga Jupiter-massplaneter bland de M dvärgstjärnor som vi har observerat, vilket antyder att det istället kommer att finnas en stor befolkning av mindre massplaneter," noterade Butler.
Originalkälla: Carnegie Institute News Release
