Hvordan endringer i stjernens hastighet ga bort de mest jordlignende planeter som noensinne har blitt observert

Hubble - 15 years of discovery (Juni 2019).

Anonim

Når du tenker på jordlignende eksoplanetfunn, kommer Kepler plass teleskop umiddelbart til tankene. Likevel er det ikke bare Kepler, men også grunnbasert informasjon fra HARPS-N spektrografen, som gjorde at ETAEARTH-konsortiet kunne få informasjon om disse planetene med en grad av presisjon som aldri ble nådd før.

Et felles initiativ mellom Europa og USA, ETAEARTH (Måling Eta_Earth: Karakterisering av jordbaserte planetariske systemer med Kepler, HARPS-N og Gaia), var oppdraget med å måle de dynamiske massene av terrestriske planetskandidater oppdaget av Kepler-oppdraget. Prosjektet leverte utover forventningene, og var ansvarlig for de fleste av de jordiske planetoppdagelsene som ble gjort de siste fem årene.

Dr. Alessandro Sozzetti, koordinator for prosjektet og forsker ved Nasjonalt institutt for astrofysikk i Italia, diskuterer prosjektets resultater.

Det er mye pågående forskning dedikert til jordanaloger. Hva gjør ETAEARTH skiller seg ut?

I løpet av de fem årene av prosjektet har ETAEARTH kombinert den fantastiske fotometriske presisjonen til NASAs Kepler- og K2-oppdrag og den uovertruffen kvaliteten på jordbaserte radialhastighetsmålinger med HARPS-N spektrografen på den italienske teleskopio Nazionale Galileo (TNG) på Kanariøyene Islands. Poenget var å bestemme de fysiske egenskapene til terrestriske extrasolare planeter i bane rundt stjerner som er like i størrelse til eller mindre i størrelse enn solen, med enestående nøyaktighet.

ETAEARTH forskere hadde en betydelig fordel i forhold til andre forskerteam fordi vi hadde tilgang til et iøynefallende garantert tid observasjoner (GTO) program med HARPS-, for totalt 400 observere netter over fem år. En slik stor investering i teleskoptid var nøkkelen til de spektakulære suksessene i prosjektet.

Hva er merverdien av å kombinere KEPLER- og HARPS-N-data?

Kepler og K2 utnytter teknikken til planetariske transitt: De måler dipen i lyset fra en stjerne som en planet krysser den, og avslører planets størrelse. HARPS-N, derimot, måler endringer i stjernens hastighet på grunn av gravitasjonssporet fra en omkretsende planet, slik at vi kan bestemme dens masse.

Fra kombinasjonen av disse to observasjonene kan vi beregne planets tetthet og bestemme dens massesammensetning (f.eks. Steinete, vannrike, gassrike, etc.) med høy nøyaktighet.

Kan du fortelle oss mer om metodikken din?

ETAEARTH nøye utvalgte Kepler- og K2-eksoplanetkandidater med liten radius basert på deres sjanser til å ha massene målt nøyaktig med HARPS-N. Vi utviklet deretter adaptive observasjonsstrategier skreddersydd for hvert system, avhengig av eksempel på størrelsen på signalet søkt med HARPS-N og på kandidatens orbitale periode.

Når en observasjonskampanje for et gitt mål var fullført, bestemte vi nøyaktig de grunnleggende fysiske parametrene til den sentrale stjernen - det vil si dens masse og radius - da kun nøyaktig kjennskap til disse mengdene tillater oss å utlede nøyaktige estimater av planetarametrene.

Det neste trinnet i metoden vår innebar en sofistikert kombinert analyse av de tilgjengelige Kepler / K2 og HARPS-N dataene for å utlede alle systemets orbitale og fysiske parametere (for både enkelt- og multiple transiterende planeter). Til slutt ble våre målinger av planetets tettheter sammenlignet med prediksjoner fra teori for å underbygge den faktiske sammensetningen av planeten / planetene.

Hva var de største vanskelighetene du møtte i denne prosessen, og hvordan har du overvinnet dem?

Den største utfordringen vi måtte møte oppstod fra å håndtere steril aktivitet. Dette fenomenet, produsert hovedsakelig av steder på stjernens overflate som kommer inn og ut av syn når stjernen roterer (akkurat som vår Sun), introduserer komplikasjoner i tolkningen av dataene - spesielt de som er samlet med HARPS-N. Det kan noen ganger maskere helt eller til og med etterligne et planetarisk signal. Så du tror du ser en planet, men du måler i stedet nøyaktig stjernen som opptrer!

Vår lærekurve var bratt, men i siste instans lyktes det med en todelt tilnærming: Først tilpasset vi våre observasjonsstrategier med HARPS-N for å sikre at vi kunne prøve både stjernene og planetariske signaler godt nok. Med den best mulig tidsmessige fordeling av observasjonene våre utviklet vi sofistikerte analyseværktøy som tillot oss å effektivt disentangle planetariske signaler og de som ble produsert av stellaraktivitet.

Hva ville du si var dine viktigste funn?

Vi kunne for første gang lære om fysikken i disse gjenstandene. Vi har spesielt bestemt med høy presisjon (20 prosent eller bedre) sammensetningen av 70 prosent av dagens planeter med masser mellom en og seks ganger jordens jord og med en steinaktig komposisjon som ligner jordens.

Blant disse oppdaget vi Kepler-78b, det første planetariske objektet som har en lignende masse, radius og tetthet til jorden. Vi har også funnet de to nærmeste transittende steinete planeter, som bane solstjernen stjerne HD219134 bare 21 lysår unna. Denne gylne utvalg av planeter med begrensede parametre tillot oss å konkludere at alle tette planeter med masser under seks jordmasser (inkludert jord og venus) er godt beskrevet av nøyaktig den samme steinete sammensetningen (teknisk sett, det samme faste forholdet mellom jern til magnesiumsilikat).

ETAEARTH gir først og fremst de aller første begrensningene på tettheten til K2-3d, en planet i et transiterende system som ligner jord i masse og baner i den stabile sone av stjernen som er kjent for tiden, som er nærmest i masse til solen. K2-3d ser ut til å tilhøre den fortsatt elusive klassen "vannverdener", med en tetthet noe lavere enn jordens.

Til slutt, ved å bruke informasjon fra hele prøven av objekter funnet av Kepler, har vi funnet ut at en av fem sollignende stjerner er vert for en jordlignende planet, det vil si en gjenstand med en størrelse som ligner på jordens bane, skriv foreldre stjerne.

Hva er dine oppfølgingsplaner, om noen?

Våre post-ETAETH-planer vil primært fokusere på å tappe det store potensialet som skal løses av den nye viktige aktøren på eksoplanetarenaen, NASAs TESS-oppdrag, som ble lansert for noen få uker siden.

TESS finner transiterende planeter over det meste av den observerbare himmelen med radier som ikke er mye større enn jordens, og rundt stjernene er typisk fem til ti ganger lysere enn de som observeres av Kepler. Noen av disse små planeter vil bane på beboelig sone avstand fra deres sentrale stjerner (typisk av lavere masse enn solen).

Vi planlegger å investere store mengder observasjonsressurser fra begge halvkugler, mens du fortsetter å bruke HARPS-N og den nye ultrahøye precisionen av den europeiske planetjegeren ESPRESSO på Very Large Telescope i de chilenske Andes for å måle masse og tettheter av de beste kandidater levert av TESS. Å gjøre dette kan dramatisk øke prøven av optimale mål som er mulige for undersøkelser av deres atmosfærer.

menu
menu