När NASA lanserade TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 2018 hade det ett specifikt mål. Medan dess föregångare, Kepler-rymdskeppet, hittade tusentals exoplaneter, var många av dem enorma gasjättar. TESS skickades ut i rymden med ett löfte: att hitta mindre planeter i storlek som Jorden och Neptun, och kretsar om stabila stjärnor utan mycket fakkel. Dessa begränsningar, hoppades astronomer, skulle identifiera fler exoplaneter som är potentiellt bebodda.
Med denna upptäckt av tre nya exoplaneter uppfyller TESS sitt löfte.
De tre nya exoplaneterna är inte det vi är vana vid. Under Kepler-rymdskeppets uppdrag vände vi oss till exoplanetupptäckter. Men planeterna var mestadels större än jorden, och många av dem var gasjättar, heta jupiter och sådant. Men dessa tre nya är olika: den ena är något större än jorden, och de andra två är ungefär dubbelt så stora som Neptunus, som är liten i exoplanet termer.
Alla tre kretsar runt en svag, cool stjärna som kallas TOI (TESS Object Of Interest) 270, cirka 73 ljusår bort i stjärnbilden Pictor. TOI 270 är en dvärgstjärna av M-typ som är cirka 40% mindre än vår sol i både massa och storlek. Det är också ungefär en tredjedel svalare än solen. De tre planeterna är tempererade i planetariska termer, men planeterna är fortfarande ganska varma jämfört med jorden, eftersom de ligger nära sin stjärna.
De tre planeterna heter TOI 270 b, c och d, från innersta till yttersta planeten efter konvention.
TOI 270 b är förmodligen en stenig värld som Jorden, men cirka 25% större. Det tar bara 3,4 dagar att kretsa runt sin stjärna, på ett avstånd av 0,03 AU, ungefär 13 gånger närmare stjärnan än Mercury är till solen. TESS-teamet antar att det är cirka 1,9 gånger massivare än jorden.
Tyvärr är 270 b brinnande hett. Inte lika hett som många av de heta Jupiters som Kepler upptäckte, men ändå för varmt för livet som vi känner till det. Det är jämviktstemperatur - temperaturen före atmosfäriska effekter - är 254 Celsius (490 F.) Den är också tidigt låst till stjärnan.
Mittplaneten kallas TOI 270 c, och den är 2,4 gånger större än jorden. Den kretsar runt stjärnan var 5,7 dagar. Den yttersta planeten, 270 d, är 2,1 gånger större än jorden och kretsar runt stjärnan var 11,4 dag. De kallar dessa två planeter för "mini-Neptunes" eftersom de mestadels består av gas och de är ungefär hälften av storleken på Neptune. Båda är också tidigt låsta till sin stjärna.
Den yttersta planeten är av särskilt intresse för forskare eftersom den är den mest tempererade planeten av de tre. TOI 270 d’s jämviktstemperatur är cirka 66 Celsius (150 F,) fortfarande väldigt varm i jordiska termer, men tillräckligt tempererad för att vara sällsynt för exoplaneter.
Den nya artikeln som beskriver dessa fynd publiceras i tidskriften Nature Astronomy. Uppsatsen heter "En superjord och två sub-Neptuner som passerar den närliggande och tysta M-dvärgen TOI-270."
"Det här systemet är exakt vad TESS var utformat för att hitta - små, tempererade planeter som passerar, eller passerar, framför en inaktiv värdstjärna, en som saknar överdriven stellaraktivitet, som blossar," säger huvudforskaren Maximilian Günther, en Torres postdoktoral Medarbetare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) Kavli Institute for Astrophysics and Space Research i Cambridge. ”Denna stjärna är tyst och mycket nära oss och därför mycket ljusare än värdstjärnorna i jämförbara system. Med utvidgade uppföljningsobservationer kommer vi snart att kunna bestämma sammansättningen av dessa världar, fastställa om atmosfären finns och vilka gaser de innehåller, och mer.
Dessa fynd är intressanta eftersom vårt solsystem innehåller ingenting som de två mini-Neptunerna, eller sub-Neptunerna. Faktum är att planeter med storlekar mellan 1,5 och 2 gånger jordstorleken är mycket sällsynta även i exoplanetpopulationen, så vitt vi vet.
"En intressant aspekt av detta system är att dess planeter sträcker sig över ett väl etablerat gap i kända planetstorlekar," sa medförfattaren Fran Pozuelos, en postdoktorisk forskare vid University of Liège i Belgien. ”Det är ovanligt att planeterna har storlekar mellan 1,5 och två gånger jordens av skäl som troligen är relaterade till planetsform, men det är fortfarande ett mycket kontroversiellt ämne. TOI 270 är ett utmärkt laboratorium för att studera marginalerna i detta gap och kommer att hjälpa oss att bättre förstå hur planetariska system formas och utvecklas. ”
Astronomer hoppades att TESS skulle hitta dessa typer av planeter så att andra teleskoper kunde göra uppföljningsobservationer. I synnerhet kommer James Webb rymdteleskop att kunna identifiera atmosfären på några av dessa planeter.
"TOI 270 är perfekt beläget på himlen för att studera atmosfären på dess yttre planeter med NASA: s framtida James Webb rymdteleskop," sa medförfattare Adina Feinstein, doktorand vid University of Chicago. "Det kommer att ses av Webb i över ett halvt år, vilket kan möjliggöra riktigt intressanta jämförelsestudier mellan atmosfärerna i TOI 270 c och d."
Teamet bakom dessa resultat tycker att även om dessa resultat är spännande, finns det mer till detta solsystem. Ytterligare observation kan avslöja andra planeter. Kanske finns det en annan stenig planet längre bort från stjärnan än TOI 270 d är. I så fall kan det vara ännu mer tempererat. Och om den har en stenig kärna och en atmosfär, kan den innehålla flytande vatten på ytan.
Detta är spännande tider inom exoplanetforskning. Med resultat som dessa och med James Webb så småningom kommer online så småningom kommer vår förståelse för exoplanetpopulationen att växa i höga steg.
Mer:
- Pressmeddelande: NASA: s TESS-uppdrag poängterar "Hat trick" med 3 nya världar
- Forskningsdokument: En superjord och två sub-Neptuner som passerar den närliggande och tysta M-dvärgen TOI-270
- NASAs TESS
- Space Magazine: Hur många planeter kommer TESS att hitta?
- Rymdmagasin: Nu när TESS är operativt, uppskattar astronomer kommer det att hitta 14 000 planeter. 10 kan vara jordliknande världar i en solliknande stjärns vanliga zon
