Bildkredit: ESO
Ett europeiskt team av astronomer [1] tillkännager upptäckten och studien av två nya extra-solplaneter (exoplaneter). De tillhör OGLE-transitkandidatobjekten och kunde karakteriseras i detalj. Detta tredubblar antalet exoplaneter som upptäckts med transitmetoden; tre sådana föremål är nu kända.
Observationerna utfördes i mars 2004 med FLAMES multifiberspektrograf på 8,2 m VLT Kueyen-teleskopet vid ESO Paranal Observatory (Chile). De gjorde det möjligt för astronomerna att mäta exakta radiella hastigheter för fyrtiotvå stjärnor för vilka en tillfällig ljusstyrka "dopp" hade upptäckts av OGLE-undersökningen. Denna effekt kan vara signaturen på transiteringen framför stjärnan på en kretsande planet, men kan också orsakas av en liten stjärnkamrat.
För två av stjärnorna (OGLE-TR-113 och OGLE-TR-132) avslöjade de uppmätta hastighetsförändringarna närvaron av följeslagare med planetmassa i extremt korta banor.
Detta resultat bekräftar förekomsten av en ny klass av jätteplaneter, betecknade "mycket heta Jupiters" på grund av deras storlek och mycket höga yt temperatur. De är extremt nära sina värdstjärnor och kretsar runt dem på mindre än 2 dagar (jorden).
Transitmetoden för att upptäcka exoplaneter kommer att "demonstreras" för en bred allmänhet den 8 juni 2004, när planeten Venus passerar framför solskivan, jfr. VT-2004-programmet.
Upptäck andra världar
Under det senaste decenniet har astronomer fått veta att vårt solsystem inte är unikt, eftersom mer än 120 jätteplaneter som kretsar kring andra stjärnor upptäcktes genom radialhastighetsundersökningar (jfr ESO PR 13/00, ESO PR 07/01, och ESO PR 03/03).
Radialhastighetstekniken är emellertid inte det enda verktyget för detektering av exoplaneter. När en planet råkar passera framför sin moderstjärna (sett från jorden), blockerar den en liten bråkdel av stjärnans ljus från vår syn. Ju större planeten är, relativt stjärnan, desto större är den bråkdel av ljuset som är blockerat.
Det är exakt samma effekt när Venus överför solskivan 8 juni 2004, jfr. ESO PR 03/04 och VT-2004-programwebbplatsen. Under de senaste århundradena användes sådana händelser för att uppskatta sol-jordens avstånd, med extremt användbara konsekvenser för astrofysik och himmelmekanik.
Numera får planetöverföringar förnyad betydelse. Flera undersökningar försöker hitta de svaga signaturerna från andra världar, med hjälp av stjärnfotografiska mätningar, och söker efter en periodisk dimning av en stjärna när en planet passerar framför skivan.
En av dessa, OGLE-undersökningen, utformades ursprungligen för att upptäcka mikrolyseringshändelser genom att övervaka ljusstyrkan hos ett mycket stort antal stjärnor med jämna mellanrum. Under de senaste fyra åren har den också inkluderat en sökning efter periodiska grunda "dopp" av stjärnornas ljusstyrka, orsakad av regelbunden transitering av små kretsande föremål (små stjärnor, bruna dvärgar eller planeter av Jupiterstorlek). OGLE-teamet har sedan tillkännagett 137 "planetariska transitkandidater" från deras undersökning av cirka 155 000 stjärnor i två södra himmelfält, en i riktning mot Galactic Center, den andra inom Carina-stjärnan.
Lösning av OGLE-transiteringen
OGLE-transitkandidaterna detekterades av närvaron av en periodisk minskning av några procent i ljusstyrka hos de observerade stjärnorna. Radien för en Jupiter-storlek är cirka tio gånger mindre än den för en stjärna av soltyp [2], dvs den täcker ungefär 1/100 av ytan på den stjärnan och följaktligen blockerar den cirka 1% av stjärnbelysningen under transiteringen.
Närvaron av en transitionshändelse ensam avslöjar emellertid inte den transiterande kroppens natur. Detta beror på att en stjärna med låg massa eller en brun dvärg, liksom den variabla ljusstyrkan hos ett bakgrundsförmörkande binärt system sett i samma riktning, kan resultera i ljusstyrkavariationer som simulerar de som produceras av en kretsande jätteplanet.
Emellertid kan det transiterande objektets natur fastställas genom radialhastighetsobservationer av moderstjärnan. Storleken på hastighetsvariationerna (amplituden) är direkt relaterade till massan hos följeslagareobjektet och gör det därför möjligt att skilja mellan stjärnor och planeter som orsaken till den observerade ljusstyrkan "doppa".
På detta sätt kombineras fotometriska transiteringssökningar och radialhastighetsmätningar till en mycket kraftfull teknik för att upptäcka nya exoplaneter. Dessutom är det särskilt användbart för att belysa deras egenskaper. Medan upptäckten av en planet med radialhastighetsmetoden endast ger en lägre uppskattning av dess massa, gör mätningen av transiteringen det möjligt att bestämma planetens exakta massa, radie och densitet.
Uppföljningens radiella hastighetsobservationer av de 137 OGLE-transitkandidaterna är inte en lätt uppgift eftersom stjärnorna är relativt svaga (visuella storlekar runt 16). Detta kan endast göras med hjälp av ett teleskop i klassen 8-10 m med en högupplöst spektrograf.
Arten av de två nya exoplaneterna
Ett europeiskt team av astronomer [1] använde därför det 8,2 m VLT Kueyen-teleskopet. I mars 2004 följde de 41 OGLE ”topptransitkandidatstjärnor” under 8 halvnätter. De dra nytta av multiplexkapaciteten hos FLAMES / UVES-fiberlänkanläggningen som tillåter att man får högupplösta spektra av 8 objekt samtidigt och mäter stellarhastigheter med en noggrannhet på cirka 50 m / s.
Medan den stora majoriteten av OGLE-transitkandidater visade sig vara binära stjärnor (mestadels små, coola stjärnor som passerar framför solstjärnstjärnor), var två av objekten, kända som OGLE-TR-113 och OGLE-TR-132, visade sig uppvisa små hastighetsvariationer. När alla tillgängliga observationer - ljusvariationer, stjärnspektrumet och radialhastighetsförändringar - kombinerades kunde astronomerna bestämma att de transiterande föremålen för dessa två stjärnor har massor som är kompatibla med de på en jätteplanet som Jupiter.
Intressant nog upptäcktes båda nya planeter runt ganska avlägsna stjärnor i Vintergalaxen, i riktning mot den södra konstellationen Carina. För OGLE-TR-113 är moderstjärnan av F-typ (något varmare och mer massiv än solen) och ligger på ett avstånd av cirka 6000 ljusår. Den kretsande planeten är cirka 35% tyngre och dess diameter är 10% större än Jupiter, den största planeten i solsystemet. Den kretsar runt stjärnan en gång var 1,43 dagar på bara 3,4 miljoner km (0,0228 AU). I solsystemet är Merkurius 17 gånger längre bort från solen. Yttemperaturen på den planeten, som liksom Jupiter är en gasformig jätte, är motsvarande högre, antagligen över 1800 ° C.
Avståndet till OGLE-TR-132-systemet är cirka 1200 ljusår. Denna planet är ungefär lika tung som Jupiter och cirka 15% större (dess storlek är fortfarande något osäker). Den kretsar kring en K-dvärgstjärna (svalare och mindre massiv än solen) en gång var 1,69 dagar på ett avstånd av 4,6 miljoner km (0,0306 AU). Även denna planet måste vara väldigt het.
En ny klass av exoplaneter
Med det tidigare hittade planetära transitobjektet OGLE-TR-56 [3] definierar de två nya OGLE-objekten en ny klass exoplaneter, som fortfarande inte upptäcks av aktuella radiella hastighetsundersökningar: planeter med extremt korta perioder och motsvarande små banor. Fördelningen av omloppsperioder för ”heta Jupiters” som upptäcktes från undersökningar av radiell hastighet verkar sjunka under 3 dagar, och ingen planet har tidigare hittats med en orbitalperiod kortare än cirka 2,5 dagar.
Förekomsten av de tre OGLE-planeterna visar nu att "mycket heta Jupiters" existerar, även om de kan vara ganska sällsynta; förmodligen cirka ett sådant objekt för varje 2500 till 7000 stjärnor. Astronomer är verkligen förbryllade över hur planetobjekt lyckas hamna i så små banor, så nära deras centrala stjärnor.
I motsats till radialhastighetsmetoden som är ansvarig för den stora majoriteten av planetdetekteringar runt normala stjärnor, gör kombinationen av observationer av transitering och radialhastighet det möjligt att bestämma den verkliga massan, radien och därmed medelstätheten för dessa planeter.
Stora förväntningar
De två nya objekten fördubblar antalet exoplaneter med känd massa och radie (de tre OGLE-objekten plus HD209458b, som upptäcktes av undersökningarna med radiell hastighet men för vilka en fotometrisk transitering senare observerades). Den nya informationen om de exakta massorna och radierna är avgörande för att förstå den interna fysiken för dessa planeter.
Komplementariteten i transiterings- och radialhastighetsteknikerna öppnar nu dörren till en detaljerad studie av exoplaneters verkliga egenskaper. Rymdbaserade sökningar efter planetövergångar - som COROT- och KEPLER-uppdragen - tillsammans med markbaserade radiella hastighetsuppföljningsobservationer kommer i framtiden att leda till karakterisering av andra världar som är lika små som vår jord.
Ursprungskälla: ESO News Release
