NASA's TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) heeft zijn eerste planeet op aarde gevonden in de bewoonbare zone van zijn gastster. De vondst werd bevestigd met de Spitzer-ruimtetelescoop. Deze planeet is een van de weinige ter wereld zo grote werelden ooit gevonden in een bewoonbare zone.
De planeet heet TOI 700 d en is ongeveer 100 lichtjaar verwijderd van de aarde. Het draait om TOI 700, een coole M-dwerg (rode dwerg) ster in het sterrenbeeld Dorado. Dit is een belangrijke ontdekking voor TESS, omdat het is ontworpen om planeten ter grootte van de aarde uit te zoeken in andere zonnestelsels.
Door astronomische naamgevingsconventies is TOI 700 d de op drie na verste planeet van zijn ster. De letters b en c zijn de planeten die dichter bij de ster staan. (De letter a is gereserveerd voor de ster en eventuele metgezellen.)
TESS vindt planeten door 27 dagen lang grote delen van de lucht te volgen. Het detecteert de daling van het sterrenlicht wanneer een exoplaneet tussen ons en de ster passeert. Elke keer dat een planeet voor zijn ster passeert, wordt dit een doorvoer genoemd. In dit geval ving TESS de drie planeten in het TOI 700-systeem meerdere keren op.
Het nieuwe systeem en zijn planeet zijn astronomisch gezien relatief dichtbij. Die nabijheid is een belangrijk onderdeel van de missie van TESS: het is niet alleen ontworpen om planeten ter grootte van de aarde te vinden, maar ook om andere telescopen toe te staan vervolgwaarnemingen te doen. Dat wordt moeilijker naarmate de exoplaneet verder weg is.
"TESS is speciaal ontworpen en gelanceerd om planeten ter grootte van een aarde te vinden die in de buurt van sterren draaien", zegt Paul Hertz, directeur van de astrofysica-afdeling van het NASA-hoofdkantoor in Washington. “Planeten rond nabije sterren zijn het gemakkelijkst te volgen met grotere telescopen in de ruimte en op aarde. Het ontdekken van TOI 700 d is een belangrijke wetenschappelijke bevinding voor TESS. Het bevestigen van de grootte en de bewoonbare zone van de planeet met Spitzer is een nieuwe overwinning voor Spitzer nu het einde van de wetenschappelijke operaties in januari nadert. "
De gastster is een kleine, koele M-dwerg (rode dwerg) ster, ongeveer 40% van de massa van de zon. De stroken die TESS-studies heten, worden sectoren genoemd, en TOI 700 verscheen in meerdere sectoren tijdens het eerste jaar van TESS. Oorspronkelijk identificeerden astronomen de ster als meer vergelijkbaar met onze zon. Dat maakte op zijn beurt de planeten groter en heter. Uiteindelijk werd de fout gecorrigeerd en nu kunnen astronomen zien dat TOI 700 d zich in de bewoonbare zone bevindt.
"Toen we de parameters van de ster corrigeerden, namen de afmetingen van de planeten af en realiseerden we ons dat de buitenste ongeveer zo groot was als de aarde en in de bewoonbare zone", zegt Emily Gilbert, een van de onderzoekers en een afgestudeerde student aan de Universiteit van Chicago.
Een probleem met exoplaneten die in een baan om rode dwergsterren draaien, is affakkelen. Rode dwergen hebben een lange levensduur, waardoor ze interessante kandidaten zijn voor de ontwikkeling van het leven op hun planeten. Maar ze kunnen een aanzienlijk affakkelen vertonen, soms verdubbelen hun energie-output in een paar minuten, iets dat veel discussie veroorzaakt als het gaat om de potentiële bewoonbaarheid van hun planeten. Maar volgens Gilbert vertoont TOI 700 d geen overstraling.
"Bovendien zagen we in 11 maanden aan gegevens geen uitbarstingen van de ster, wat de kans vergroot dat TOI 700 d bewoonbaar is en het gemakkelijker maakt om de atmosferische en oppervlaktecondities ervan te modelleren", aldus Gilbert.
Een ander probleem met exoplaneten die in een baan om rode dwergsterren draaien, is getijdenvergrendeling. Omdat rode dwergen zoveel minder energie produceren dan een ster als onze zon, moeten planeten heel dicht bij ze zijn om in de bewoonbare zone te zijn. Maar die nabijheid leidt tot getijdenvergrendeling, wat de kans op bewoonbaarheid zou kunnen verkleinen. Volgens het team achter dit werk, dat het presenteerde tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van American Astronomical, zijn deze planeten vrijwel zeker netjes op slot.
De binnenste planeet, TOI 700 b, is ongeveer even groot als de aarde en draait om de 10 dagen. De middelste planeet, 700 c, is 2,6 keer groter dan de aarde en maakt elke 16 dagen een baan om de aarde. 700 c is waarschijnlijk een wereld die gedomineerd wordt door gas. 700 d is ongeveer 20% groter dan de aarde en voltooit een baan in 37 dagen.
Vanwege de betekenis van deze ontdekking - de eerste wereldgrote aarde in de bewoonbare zone - wilden wetenschappers er zeker van zijn. Vanwege die behoefte aan zekerheid heeft een team van wetenschappers onder leiding van Joseph Rodriguez, van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, verzocht vervolgwaarnemingen bij Spitzer om TOI 700 d te bevestigen.
Het is niet de eerste keer dat de Spitzer-ruimtetelescoop van NASA werd opgeroepen om de ontdekking van een exoplaneet te bevestigen, en Spitzer heeft hem gepakt.
'Spitzer zag de TOI 700 d-doorvoer precies zoals we verwacht hadden.'
Joseph Rodriguez, Harvard en Smithsonian Center for Astrophysics
"Gezien de impact van deze ontdekking - dat het de eerste bewoonbare zone ter grootte van een aarde ter grootte van TESS is - wilden we echt dat ons begrip van dit systeem zo concreet mogelijk zou zijn," zei Rodriguez. “Spitzer zag de TOI 700 d-doorvoer precies zoals we verwacht hadden. Het is een geweldige aanvulling op de erfenis van een missie die twee van de TRAPPIST-1-planeten heeft helpen bevestigen en er nog vijf heeft geïdentificeerd. "
Spitzer bevestigde sterk wat TESS ontdekte. Het bevestigde dat de doorvoer in feite een planeet was en geen kleinere, zwakkere begeleidende ster. Spitzer verfijnde ook het vertrouwen in de TESS-metingen. In een persbericht zegt NASA dat Spitzer "hun metingen van de <TOI 700 d's> baanperiode met 56% en de grootte met 38% heeft aangescherpt." Meer follow-upwaarnemingen door een kleine telescoop op de grond van 1 meter zorgden voor een extra bevestiging van de ontdekking.
Maar zelfs met al deze waarnemingen bevinden astronomen zich nog in de beginfase van het bestuderen van deze planeet en haar systeem. Dankzij de nabijheid kunnen astronomen telescopen op de grond gebruiken om de massa van 700 d nauwkeuriger te bestuderen en hopelijk de aardse of gasvormige aard van alle drie de exoplaneten in het systeem te bevestigen.
Verder vooruitkijkend, zouden toekomstige telescopen - zowel op de grond als in de ruimte telescopen - in staat moeten zijn de planeten grondiger te bestuderen en misschien zelfs hun atmosferische samenstelling te bepalen. Maar dat is in de toekomst. Voorlopig is de informatie waarover astronomen beschikken waardevol: ze kan worden gebruikt om de planeten te modelleren en voorspellingen te doen.
Onderzoekers van NASA's Goddard Space Flight Center hebben al 20 modellen gemaakt van 700 d's potentiële omgevingen, om te zien wat voor soort druk- en temperatuuromstandigheden kunnen leiden tot bewoonbaarheid. Maar wat ze ook modelleren en welke toekomstige vervolgwaarnemingen er ook uitkomen over 700 d, het zal waarschijnlijk heel anders zijn dan de aarde. Een wereld die netjes op slot is, zou een heel ander weer en klimaat hebben.
"Het is opwindend, want wat we ook over de planeet te weten komen, het zal er heel anders uitzien dan wat we hier op aarde hebben."
Gabrielle Engelmann-Suissa, onderzoeksassistent, teamleider modellering.
De modellen dienen een belangrijk doel bij het begrijpen van exoplaneten zoals TOI 700 d. Door de atmosfeer van de planeet te modelleren, kunnen astronomen voorspellen hoe de atmosferische spectra eruit zouden zien. Deze modellen kunnen worden vergeleken met werkelijke spectra wanneer we ze krijgen, om astronomen een soort startpunt te geven om de exoplaneet verder te begrijpen.
"Op een dag, als we echte spectra van TOI 700 d hebben, kunnen we terugsporen, ze matchen met het dichtstbijzijnde gesimuleerde spectrum, en dat dan matchen met een model", zegt Gabrielle Engelmann-Suissa, een onderzoeksassistent bij Goddard die het modelleringsteam leidde. . "Het is opwindend, want wat we ook over de planeet te weten komen, het zal er heel anders uitzien dan wat we hier op aarde hebben."
Het modelleerteam produceerde 20 verschillende modellen voor 700 d. In één simulatie had de exoplaneet een dichte, door kooldioxide gedomineerde atmosfeer die lijkt op een jonge Mars. In dat model had de naar de ster gerichte kant een diepe laag wolken. In een ander model is de planeet een volledig landversie van de aarde, onbewolkt en met wind die wegstroomt van de nachtzijde van de planeet, samenkomend aan de sterrenkant.
TESS is ongeveer halverwege haar missie van twee jaar om exoplaneten te vinden. Astronomen verwachten dat TESS 10.000 planeten zal vinden, en ze schatten dat ongeveer 10 daarvan aardachtige werelden zouden kunnen zijn in de bewoonbare zones van sterren zoals onze zon. TESS wordt geleid en beheerd door MIT en wordt beheerd door NASA's Goddard Space Flight Center.
Meer:
- Persbericht: NASA Planet Hunter vindt zijn eerste leefbare wereld op aarde
- NASA: TESS, de Transiting Exoplanet Survey Satellite
- Space Magazine: nu TESS operationeel is, schatten astronomen dat het 14.000 planeten zal vinden. 10 Kunnen aardachtige werelden zijn in de leefbare zone van een zonachtige ster
