Das TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA hat seinen ersten erdgroßen Planeten in der bewohnbaren Zone seines Wirtssterns gefunden. Der Fund wurde mit dem Spitzer-Weltraumteleskop bestätigt. Dieser Planet ist eine der wenigen erdgroßen Welten, die jemals in einer bewohnbaren Zone gefunden wurden.
Der Planet heißt TOI 700 d und ist ungefähr 100 Lichtjahre von der Erde entfernt. Es umkreist TOI 700, einen coolen M-Zwergstern (roter Zwerg) im Sternbild Dorado. Dies ist eine wichtige Entdeckung für TESS, da es entwickelt wurde, um erdgroße Planeten in anderen Sonnensystemen ausfindig zu machen.
Nach astronomischen Namenskonventionen ist TOI 700 d der viertgrößte Planet von seinem Stern. Die Buchstaben b und c sind die Planeten, die näher am Stern liegen. (Der Buchstabe a ist dem Stern und allen möglichen Gefährten vorbehalten.)
TESS findet Planeten, indem es 27 Tage lang große Teile des Himmels überwacht. Es erkennt den Abfall des Sternenlichts, wenn ein Exoplanet zwischen uns und dem Stern vorbeizieht. Jedes Mal, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeikommt, wird er als Transit bezeichnet. In diesem Fall hat TESS die drei Planeten im TOI 700-System mehrmals beim Transit gefangen.
Das neue System und sein Planet sind astronomisch gesehen relativ nahe beieinander. Diese Nähe ist ein wesentlicher Bestandteil der Mission von TESS: Sie soll nicht nur erdgroße Planeten finden, sondern auch anderen Teleskopen ermöglichen, Nachbeobachtungen durchzuführen. Das ist umso schwieriger, je weiter der Exoplanet entfernt ist.
"TESS wurde speziell entwickelt und gestartet, um erdgroße Planeten zu finden, die nahegelegene Sterne umkreisen", sagte Paul Hertz, Direktor der Abteilung für Astrophysik am NASA-Hauptsitz in Washington. „Planeten um nahegelegene Sterne lassen sich am einfachsten mit größeren Teleskopen im Weltraum und auf der Erde verfolgen. Die Entdeckung von TOI 700 d ist eine wichtige wissenschaftliche Erkenntnis für TESS. Die Bestätigung der Größe und des Status der bewohnbaren Zone des Planeten mit Spitzer ist ein weiterer Gewinn für Spitzer, da sich das Ende der wissenschaftlichen Operationen im Januar nähert. “
Der Wirtsstern ist ein kleiner, kühler M-Zwergstern (Roter Zwerg), der etwa 40% der Sonnenmasse ausmacht. Die Schwaden, die TESS-Studien als Sektoren bezeichnen, und TOI 700 erschienen im ersten Betriebsjahr von TESS in mehreren Sektoren. Ursprünglich haben Astronomen den Stern fälschlicherweise als unserer Sonne ähnlicher identifiziert. Das wiederum ließ die Planeten größer und heißer erscheinen. Schließlich wurde der Fehler korrigiert, und jetzt können Astronomen sehen, dass sich TOI 700 d in der bewohnbaren Zone befindet.
"Als wir die Parameter des Sterns korrigierten, sanken die Größen seiner Planeten und wir stellten fest, dass der äußerste ungefähr so groß wie die Erde und in der bewohnbaren Zone war", sagte Emily Gilbert, eine der Forscherinnen und Doktorandin an der Universität von Chicago.
Ein Problem mit Exoplaneten, die rote Zwergsterne umkreisen, ist das Abfackeln. Rote Zwerge sind langlebig, was sie zu interessanten Kandidaten für die Entwicklung des Lebens auf ihren Planeten macht. Aber sie können ein deutliches Aufflackern aufweisen und manchmal ihre Energieabgabe innerhalb von Minuten verdoppeln, was eine große Debatte über die potenzielle Bewohnbarkeit ihrer Planeten auslöst. Laut Gilbert weist der TOI 700 d jedoch keine Fackelaktivität auf.
"Außerdem haben wir in 11 Monaten Daten keine Fackeln vom Stern gesehen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass TOI 700 d bewohnbar ist, und die Modellierung seiner atmosphärischen und Oberflächenbedingungen erleichtert", sagte Gilbert.
Ein weiteres Problem bei Exoplaneten, die rote Zwergsterne umkreisen, ist die Gezeitenverriegelung. Weil rote Zwerge so viel weniger Energie produzieren als ein Stern wie unsere Sonne, müssen Planeten sehr nahe bei ihnen sein, um in der bewohnbaren Zone zu sein. Diese Nähe führt jedoch zu einer Gezeitenblockierung, die die Wahrscheinlichkeit einer Bewohnbarkeit verringern kann. Laut dem Team hinter dieser Arbeit, das sie auf der Jahrestagung von American Astronomical vorgestellt hat, sind diese Planeten mit ziemlicher Sicherheit gezeitengesperrt.
Der innerste Planet, TOI 700 b, ist ungefähr so groß wie die Erde und umkreist alle 10 Tage. Der mittlere Planet, 700 c, ist 2,6-mal größer als die Erde und schließt alle 16 Tage eine Umlaufbahn ab. 700 c ist wahrscheinlich eine von Gas dominierte Welt. 700 d sind ungefähr 20% größer als die Erde und vollenden eine Umlaufbahn in 37 Tagen.
Aufgrund der Bedeutung dieser Entdeckung - der ersten erdgroßen Welt in der bewohnbaren Zone - wollten Wissenschaftler sicher sein. Aus diesem Grund muss ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Joseph Rodriguez vom Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian baten Spitzer um weitere Beobachtungen, um TOI 700 d zu bestätigen.
Es ist nicht das erste Mal, dass das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA aufgefordert wurde, die Entdeckung eines Exoplaneten zu bestätigen, und Spitzer hat es geschafft.
"Spitzer hat den TOI 700 d Transit genau dann gesehen, als wir es erwartet hatten."
Joseph Rodriguez, Harvard und SMithsonian Center for Astrophysics
"Angesichts der Auswirkungen dieser Entdeckung - dass es sich um TESS 'ersten erdgroßen Planeten in einer bewohnbaren Zone handelt - wollten wir wirklich, dass unser Verständnis dieses Systems so konkret wie möglich ist", sagte Rodriguez. „Spitzer hat den TOI 700 d Transit genau dann gesehen, als wir es erwartet hatten. Es ist eine großartige Ergänzung zum Erbe einer Mission, die dazu beigetragen hat, zwei der TRAPPIST-1-Planeten zu bestätigen und fünf weitere zu identifizieren. "
Spitzer bestätigte nachdrücklich, was TESS gefunden hatte. Es bestätigte, dass der Transit tatsächlich ein Planet und kein kleinerer, dunklerer Begleitstern war. Spitzer verfeinerte auch das Vertrauen in die TESS-Messungen. In einer Pressemitteilung sagt die NASA, dass Spitzer "seine Messungen der Umlaufzeit von <TOI 700 d> um 56% und der Größe um 38% geschärft hat". Weitere Nachbeobachtungen mit einem kleinen 1-Meter-Bodenteleskop bestätigten die Entdeckung zusätzlich.
Aber trotz all dieser Beobachtungen befinden sich die Astronomen noch in einem frühen Stadium der Erforschung dieses Planeten und seines Systems. Dank seiner Nähe können Astronomen mit bodengestützten Teleskopen die Masse von 700 d genauer untersuchen und hoffentlich die terrestrische oder gasförmige Natur aller drei Exoplaneten im System bestätigen.
Mit Blick auf die Zukunft sollten zukünftige Teleskope - sowohl bodengestützte als auch Weltraumteleskope - in der Lage sein, die Planeten gründlicher zu untersuchen und möglicherweise sogar ihre atmosphärische Zusammensetzung zu bestimmen. Aber das ist in der Zukunft. Im Moment sind die Informationen, über die Astronomen verfügen, wertvoll: Sie können verwendet werden, um die Planeten zu modellieren und Vorhersagen zu treffen.
Forscher des Goddard Space Flight Center der NASA haben bereits 20 Modelle der potenziellen Umgebung von 700 d erstellt, um festzustellen, welche Druck- und Temperaturbedingungen zur Bewohnbarkeit führen können. Aber was auch immer sie modellieren und was auch immer zukünftige Follow-up-Beobachtungen ungefähr 700 Tage ergeben, es ist wahrscheinlich, dass es sich sehr von der Erde unterscheidet. Eine gezeitengesperrte Welt hätte ein völlig anderes Wetter und Klima.
"Es ist aufregend, denn egal was wir über den Planeten herausfinden, es wird ganz anders aussehen als das, was wir hier auf der Erde haben."
Gabrielle Engelmann-Suissa, wissenschaftliche Mitarbeiterin, Modeling Teamleiterin.
Die Modelle dienen einem wichtigen Zweck für das Verständnis von Exoplaneten wie TOI 700 d. Durch die Modellierung der Atmosphäre des Planeten können Astronomen vorhersagen, wie die atmosphärischen Spektren aussehen würden. Diese Modelle können mit den tatsächlichen Spektren verglichen werden, wenn wir sie erhalten, um den Astronomen eine Art Ausgangspunkt für ein besseres Verständnis des Exoplaneten zu geben.
„Wenn wir eines Tages echte Spektren von TOI 700 d haben, können wir zurückverfolgen, sie dem nächstgelegenen simulierten Spektrum zuordnen und diese dann einem Modell zuordnen“, sagte Gabrielle Engelmann-Suissa, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Goddard, die das Modellierungsteam leitete . "Es ist aufregend, denn egal was wir über den Planeten herausfinden, es wird ganz anders aussehen als das, was wir hier auf der Erde haben."
Das Modellierungsteam produzierte 20 verschiedene Modelle für 700 Tage. In einer Simulation hatte der Exoplanet eine dichte, von Kohlendioxid dominierte Atmosphäre, ähnlich einem jungen Mars. In diesem Modell hatte die Sternseite eine tiefe Wolkenschicht. In einem anderen Modell ist der Planet eine All-Land-Version der Erde, wolkenlos und mit Winden, die von der Nachtseite des Planeten wegfließen und auf der Sternenseite zusammenlaufen.
TESS ist ungefähr in der Mitte seiner zweijährigen Mission, Exoplaneten zu finden. Astronomen erwarten, dass TESS 10.000 Planeten findet, und sie schätzen, dass etwa 10 davon erdähnliche Welten in den bewohnbaren Zonen von Sternen wie unserer Sonne sein könnten. TESS wird vom MIT geleitet und betrieben und vom Goddard Space Flight Center der NASA verwaltet.
Mehr:
- Pressemitteilung: NASA Planet Hunter findet seine erste erdgroße Welt in bewohnbaren Zonen
- NASA: TESS, der Transiting Exoplanet Survey Satellite
- Space Magazine: Jetzt, da TESS betriebsbereit ist, schätzen Astronomen, dass es 14.000 Planeten finden wird. 10 könnten erdähnliche Welten in der bewohnbaren Zone eines sonnenähnlichen Sterns sein
