Forscher, die mit Daten von NASAs TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) arbeiten, haben einen Planeten gefunden, der zwei Sterne umkreist. Ursprünglich wurde das System von Bürgerwissenschaftlern als ein Paar verdunkelnder Doppelsterne ohne Planeten identifiziert. Ein Praktikant, der sich diese Daten genauer ansah, stellte jedoch fest, dass sie falsch identifiziert wurden.
Der Praktikant heißt Wolf Cukier und war Sommerpraktikant im Goddard Space Flight Center der NASA, der Agentur, die TESS verwaltet. Zooniverse Bürgerwissenschaftler im Planet Hunters TESS-Programm haben Variationen der Sternhelligkeit in TESS-Daten erfasst und hochgeladen. Cukier untersuchte diese Uploads genauer, als er auf die Daten von TOI 1338 stieß, einem binären Sternensystem, das etwa 1300 Lichtjahre entfernt im Sternbild Pictor liegt.
"Ich habe die Daten nach allem durchsucht, was die Freiwilligen als Finsternis-Binärdatei markiert hatten, ein System, bei dem zwei Sterne umeinander kreisen und sich aus unserer Sicht jede Umlaufbahn gegenseitig verdunkeln", sagte Cukier. „Ungefähr drei Tage nach meinem Praktikum sah ich ein Signal von einem System namens TOI 1338. Zuerst dachte ich, es sei eine Sternfinsternis, aber das Timing war falsch. Es stellte sich heraus, dass es ein Planet war. “
Ein zirkumbinärer Planet ist einer, der zwei Sterne umkreist, und dies ist der erste von TESS. Es gibt über 20 andere bestätigte Zirkumbinäre und eine Handvoll unbestätigter oder zweifelhafter. Diese Entdeckung wurde in einer Podiumsdiskussion auf der Jahrestagung der American Astronomical Society vorgestellt. Cukier und andere Forscher reichten ihre Ergebnisse in einem Artikel in einer wissenschaftlichen Zeitschrift ein.
Der Planet heißt TOI 1338 b und ist der einzige Planet, den wir im System kennen. Es ist ungefähr 6,9-mal größer als die Erde, wodurch es zum Vergleich zwischen Neptun und Saturn liegt. Einer der Sterne, den er umkreist, ist etwa 10% massereicher als unsere Sonne, während der andere kühler und dunkler ist und nur ein Drittel der Sonnenmasse ausmacht. Da sich TOI 1338 b fast auf derselben Ebene wie die Sterne befindet, kommt es alle 15 Tage zu Sonnenfinsternissen.
TESS erkennt Planeten, die zwischen uns und ihren Sternen vorbeiziehen. Jedes Mal, wenn dies passiert, wird es als Transit bezeichnet. Seine empfindlichen Kameras können diese winzigen Lichttropfen des Sterns erkennen. TESS ist auf einer zweijährigen Mission, um Exoplaneten zu entdecken, indem sie 27 Tage lang denselben Himmelssektor untersucht. Der Fokus liegt darauf, erdähnliche Welten um nahegelegene Sterne zu finden, die für andere Observatorien und Teleskope leichter zu verfolgen sind.
Aber die meisten Exoplaneten, die TESS und andere Planetenjäger bisher entdeckt haben, umkreisen einen einzelnen Stern. Circumbinaries wie TOI 1338 b sind schwieriger zu erkennen. Beide Sterne im System umkreisen ebenfalls, was es schwierig macht, die verschiedenen Transite zu entwirren und ins Licht zu tauchen. In diesem Fall geht der kleinere Stern vor dem größeren vorbei und erzeugt einen ähnlichen Abfall des Sternenlichts wie der Transit des Planeten.
"Dies sind die Arten von Signalen, mit denen Algorithmen wirklich zu kämpfen haben."
Vaselin Kostov, Hauptautor, SETI-Institut und Goddard Space Flight Center
Die Transite von TOI 1338 b finden unregelmäßig zwischen 93 und 95 Tagen statt und sind daher nicht periodisch. Und die Tiefe und Dauer der Transite ist aufgrund der Bewegung beider Sterne ebenfalls variabel. Die Schwierigkeit wird durch die Tatsache verschärft, dass TESS den Transit des Planeten nur vor dem größeren Stern sehen kann, nicht vor dem kleineren.
"Mit diesen Arten von Signalen haben Algorithmen wirklich zu kämpfen", sagte der Hauptautor Veselin Kostov, ein Wissenschaftler am SETI-Institut und Goddard, der an anderen Studien über zirkumbinäre Planeten gearbeitet hat. "Das menschliche Auge ist sehr gut darin, Muster in Daten zu finden, insbesondere nichtperiodische Muster, wie wir sie in Transiten dieser Systeme sehen."
Cukier sah sich die Transitdaten an und war zunächst unsicher. Jeder Transit musste einzeln untersucht werden, da sowohl der Transit des Planeten als auch der Transit des kleineren Sterns vor dem größeren Stern ähnliche Einbrüche im Sternenlicht erzeugten. Anfangs sah es so aus, als würde der kleinere Stern den Einbruch verursachen, aber das Timing stimmte nicht mit einer Sonnenfinsternis überein. Das Team verwendete ein Softwarepaket namens "Eleanor", benannt nach dem Protagonisten in Carl Sagans "Contact", um zu verstehen, was sie sahen.
"In all seinen Bildern überwacht TESS Millionen von Sternen", sagte Co-Autorin Adina Feinstein, eine Doktorandin an der Universität von Chicago. "Deshalb hat unser Team eleanor kreiert. Auf diese Weise können Transitdaten heruntergeladen, analysiert und visualisiert werden. Wir haben es mit Blick auf Planeten entworfen, aber andere Mitglieder der Community verwenden es, um Sterne, Asteroiden und sogar Galaxien zu untersuchen. “
TESS ist nicht die erste, die TOI 1338 untersucht. Es wurde vom Boden aus in Radialgeschwindigkeitsmessungen untersucht. Diese Archivdaten halfen dem Team, die Umlaufbahn von TOI 1338 b zu identifizieren. Ihnen zufolge wird die Umlaufbahn des Planeten für die nächsten 10 Millionen Jahre stabil sein, obwohl er aus unserer Sicht im November 2023 vor seinem Stern aufhören wird, sich zu bewegen. Dann werden wir die Transite dank des Winkels um 2031 wieder sehen der Umlaufbahn.
Obwohl wir nur wenige identifiziert haben, sind Zirkumbinäre möglicherweise relativ häufig. Sie sind nur schwer zu finden, besonders kleine, obwohl Zirkumbinäre eher durchqueren als Planeten, die einen einzelnen Stern umkreisen.
Zirkumbinäre Planeten können im Vergleich zu Planeten, die einen einzelnen Stern umkreisen, einige seltsame Eigenschaften aufweisen. Die Umlaufbahnmerkmale dieser Systeme können komplex und dynamisch sein. Einige Astronomen nennen sie "gewalttätig".
Ein 2014 entdeckter Kreislauf, Kepler 413-b, hat eine axiale Neigung, die in 11 Jahren um bis zu 30% variieren kann. Es befindet sich in der Nähe des inneren Randes der bewohnbaren Zone und die Jahreszeiten können stark schwanken. Astronomen, die den Planeten untersuchten, beobachteten drei Transite im Abstand von 66 Tagen. Dann gab es 800 Tage lang keine Transite, gefolgt von fünf weiteren Transits, die ebenfalls jeweils 66 Tage voneinander entfernt waren. Diese Lücken bei den Transits lassen Wissenschaftler glauben, dass es da draußen viel mehr Circumbinaries gibt, die wir einfach nicht zum richtigen Zeitpunkt beobachten, um sie beim Transit zu sehen.
Binärsternsysteme sind weit verbreitet, und Astronomen erwarten, dass TESS während der zweijährigen Mission Hunderttausende weitere verdunkelnde Binärsternsysteme findet. Auf dieser Grundlage wird das Raumschiff wahrscheinlich viel mehr zirkumbinäre Planeten finden. Als Referenz fand Kepler 12 zirkumbinäre Planeten in 10 verdunkelnden binären Sternensystemen.
Mehr:
- Pressemitteilung: Die TESS-Mission der NASA deckt ihre erste Welt mit zwei Sternen auf
- Space Magazine: Hubble entdeckt einen Planeten um das binäre Sternensystem
- Wikipedia-Eintrag: Zirkumbinäre Planeten
