NASAs TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) har hittat sin första jordstorlek som ligger i den värdefulla zonen för värdstjärnan. Fyndet bekräftades med Spitzer Space Telescope. Denna planet är en av endast ett fåtal jordstorlekar som någonsin hittats i en beboelig zon.
Planeten kallas TOI 700 d och är cirka 100 ljusår från Jorden. Den kretsar kring TOI 700, en sval M-dvärgstjärna (röd dvärg) i stjärnbilden Dorado. Detta är en viktig upptäckt för TESS, eftersom den var utformad för att freta ut jordstorlekar i andra solsystem.
Genom astronomiska namnkonventioner är TOI 700 d den fjärde mest avlägsna planeten från sin stjärna. Bokstäverna b och c är planeterna närmare stjärnan. (Bokstaven a är reserverad för stjärnan och alla följeslagare den kan ha.)
TESS hittar planeter genom att övervaka stora skår i himlen i 27 dagar åt gången. Det upptäcker minskningen av stjärnbelysning när en exoplanet passerar mellan oss och stjärnan. Varje gång en planet passerar framför sin stjärna kallas det en transitering. I detta fall fångade TESS de tre planeterna i TOI 700-systemet genomgående flera gånger.
Det nya systemet och dess planet är relativt nära i astronomiska termer. Denna närhet är en viktig del av TESS: s uppdrag: inte bara är den utformad för att hitta planeter i jordstorlek, utan också att låta andra teleskoper göra uppföljningar. Det har gjort det svårare längre bort som exoplaneten är.
"TESS designades och lanserades specifikt för att hitta jordstorlekar som kretsar i närheten av stjärnor i närheten", sa Paul Hertz, chef för astrofysikdivision vid NASA: s huvudkontor i Washington. ”Planeter runt stjärnor i närheten är lättast att följa upp med större teleskop i rymden och på jorden. Att upptäcka TOI 700 d är ett viktigt fynd för TESS. Att bekräfta planetens storlek och bebyggliga zonstatus med Spitzer är ytterligare en vinst för Spitzer när det närmar sig slutet på vetenskapsåtgärderna i januari. "
Värdstjärnan är en liten, cool M-dvärg (röd dvärg) stjärna ungefär 40% av solens massa. De streck som TESS-studier kallas sektorer, och TOI 700 dök upp i flera sektorer under TESSs första verksamhetsår. Ursprungligen identifierade astronomer stjärnan som mer lik vår sol. Det i sin tur gjorde att planeterna verkade större och varmare. Så småningom korrigerades felet och nu kan astronomer se att TOI 700 d är i den bebodda zonen.
"När vi korrigerade stjärnans parametrar sjönk storleken på dess planeter, och vi insåg att den yttersta var ungefär jordens storlek och i den bebodda zonen," säger Emily Gilbert, en av forskarna och en doktorand vid universitetet i Chicago.
Ett problem med exoplaneter som kretsar runt röda dvärgstjärnor är fakkel. Röda dvärgar är långlivade, vilket gör dem intressanta kandidater för livets utveckling på sina planeter. Men de kan uppvisa betydande fakkel, ibland fördubbla sin energiproduktion på några minuter, något som orsakar en hel del debatt när det gäller deras planeternas möjliga livsmiljö. Men enligt Gilbert uppvisar TOI 700 d inte utblåsningsaktivitet.
"Dessutom såg vi under 11 månaders data inga blossar från stjärnan, vilket förbättrar chansen att TOI 700 d är bebörlig och gör det lättare att modellera dess atmosfäriska och yttre förhållanden," sade Gilbert.
Ett annat problem med exoplaneter som kretsar runt röda dvärgstjärnor är tidvattenlåsning. Eftersom röda dvärgar producerar så mycket mindre energi än en stjärna som vår sol, måste planeter vara mycket nära dem för att befinna sig i den bebodda zonen. Men den närheten leder till tidvattenlåsning, vilket kan minska risken för bebodighet. Enligt teamet bakom detta arbete, som presenterade det på American Astronomical's Year Meeting, är dessa planeter nästan säkert tidligt låsta.
Den innersta planeten, TOI 700 b, har ungefär samma storlek som Jorden och kretsar runt var tionde dag. Den mellersta planeten, 700 c, är 2,6 gånger större än jorden och fullbordar en bana var 16: e dag. 700 c är troligen en värld som domineras av gas. 700 d är cirka 20% större än jorden och fullbordar en bana på 37 dagar.
På grund av betydelsen av denna upptäckt - den första jordstora världen i den bebodda zonen - ville forskare vara säkra på det. På grund av detta behov av säkerhet, ett team av forskare under ledning av Joseph Rodriguez, från Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian begärde uppföljningsobservationer med Spitzer för att bekräfta TOI 700 d.
Det är inte första gången som NASA: s Spitzer Space Telescope uppmanades att bekräfta upptäckten av en exoplanet, och Spitzer spikade den.
"Spitzer såg TOI 700 d transit exakt när vi förväntade oss att det skulle göra det."
Joseph Rodriguez, Harvard och SMithsonian Center for Astrophysics
"Med tanke på effekterna av denna upptäckt - att det är TESSs första jordbrukszon i jordstorlek - ville vi verkligen att vår förståelse för detta system skulle vara så konkret som möjligt," sade Rodriguez. ”Spitzer såg TOI 700 d transit exakt när vi förväntade oss att det skulle göra det. Det är ett bra komplement till arvet från ett uppdrag som hjälpte till att bekräfta två av TRAPPIST-1-planeterna och identifiera fem till. ”
Spitzer gav en stark bekräftelse av vad TESS hittade. Det bekräftade att transiteringen i själva verket var en planet, och inte en mindre, dimmare följeslagare. Spitzer förfinade också förtroendet för TESS-mätningarna. I ett pressmeddelande säger NASA att Spitzer ”skärpte sina mått på sin <TOI 700 d’s> omloppsperiod med 56% och storleken med 38%.” Mer uppföljningsobservationer med ett litet markbaserat teleskop på 1 meter gav ytterligare bekräftelse av upptäckten.
Men även med all denna observation är astronomer fortfarande i de tidiga stadierna av att studera denna planet och dess system. Tack vare dess närhet kommer astronomer att kunna använda markbaserade teleskop för att studera 700 d’-massan mer exakt och förhoppningsvis bekräfta den markbundna eller gasformiga naturen hos alla tre exoplaneter i systemet.
När vi tittar längre framåt bör framtida teleskop - både markbaserade och rymdteleskop - kunna studera planeterna mer noggrant, kanske till och med bestämma deras atmosfäriska sammansättning. Men det är i framtiden. För närvarande är den information som astronomer har värdefull: den kan användas för att modellera planeterna och göra förutsägelser.
Forskare vid NASA: s Goddard Space Flight Center har redan skapat 20 modeller av 700 s potentiella miljöer för att se vilken typ av tryck och temperaturförhållanden som kan leda till livsmiljö. Men oavsett vad de modellerar, och oavsett vilka framtida uppföljningsobservationer får reda på ungefär 700 d är det troligtvis mycket annorlunda än Jorden. En tidligt låst värld skulle ha väldigt annorlunda väder och klimat.
"Det är spännande för oavsett vad vi får reda på om planeten kommer den att se helt annorlunda ut än vad vi har här på jorden."
Gabrielle Engelmann-Suissa, forskningsassistent, ledning för modelleringsteam.
Modellerna tjänar ett viktigt syfte för att förstå exoplaneter som TOI 700 d. Genom att modellera planetens atmosfär kan astronomer förutsäga hur de atmosfäriska spektra skulle se ut. Dessa modeller kan jämföras med faktiska spektra när vi får dem, för att ge astronomer en slags utgångspunkt för att förstå exoplaneten vidare.
"En dag, när vi har riktiga spektra från TOI 700 d, kan vi backtracka, matcha dem till det närmaste simulerade spektrumet och sedan matcha det till en modell," sa Gabrielle Engelmann-Suissa, en forskningsassistent på Goddard som ledde modelleringsgruppen . "Det är spännande för oavsett vad vi får reda på om planeten kommer den att se helt annorlunda ut än vad vi har här på jorden."
Modellteamet producerade 20 olika modeller för 700 d. I en simulering hade exoplaneten en tät, koldioxiddominerad atmosfär som liknar en ung Mars. I den modellen hade den stjärnvända sidan ett djupt molnskikt. I en annan modell är planeten en jordversion av jorden, molnfri och med vindar som strömmar bort från nattsidan av planeten, som konvergerar på stjärnasidan.
TESS är ungefär halvvägs genom sitt tvååriga uppdrag att hitta exoplaneter. Astronomer förväntar sig att TESS hittar 10.000 planeter, och de uppskattar att cirka 10 av dessa skulle kunna jordliknande världar i de bebodliga zonerna av stjärnor som vår sol. TESS leds och drivs av MIT och hanteras av NASA: s Goddard Space Flight Center.
Mer:
- Pressmeddelande: NASA Planet Hunter finner sin 1: a världsstorlek i jordens storlek Habitable-zone
- NASA: TESS, den transiterande exoplanetundersökningssatelliten
- 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
