• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Hur förändringar i stjärnhastighet gav bort de mest jordliknande planeter som någonsin observerats

    Upphovsman:Orla, Shutterstock

    När man tänker på jordliknande exoplanetfynd, Kepler -rymdteleskopet kommer omedelbart att tänka på. Än, det är inte bara Kepler, men också markbaserad information från HARPS-N-spektrografen, som gjorde det möjligt för ETAEARTH -konsortiet att få information om dessa planeter med en grad av precision som aldrig nåtts tidigare.

    Ett gemensamt initiativ mellan Europa och USA, ETAEARTH (Measuring Eta_Earth:Karakterisering av terrestriska planetsystem med Kepler, HARPS-N, och Gaia), fick i uppgift att mäta de dynamiska massorna av jordbundna planetkandidater som upptäcktes av Kepler -uppdraget. Projektet levererade över förväntan, vara ansvarig för de flesta av de jordliknande planetfynd som gjorts under de senaste fem åren.

    Dr Alessandro Sozzetti, koordinator för projektet och forskare vid National Institute for Astrophysics i Italien, diskuterar projektets resultat.

    Det pågår mycket pågående forskning om jordanaloger. Vad gör att ETAEARTH sticker ut?

    Under projektets fem år har ETAEARTH har kombinerat den fantastiska fotometriska precisionen hos NASA:s Kepler- och K2-uppdrag och den oöverträffade kvaliteten på markbaserade radiella hastighetsmätningar med HARPS-N-spektrografen på italienska Telescopio Nazionale Galileo (TNG) på Kanarieöarna. Poängen var att bestämma de fysiska egenskaperna hos markbundna extrasolära planeter i omloppsbana runt stjärnor som är lika stora eller mindre än solen, med oöverträffad noggrannhet.

    ETAEARTH-forskare hade en avsevärd fördel jämfört med andra forskargrupper eftersom vi hade tillgång till ett iögonfallande program för garanterat tidsobservation (GTO) med HARPS-N@TNG, under totalt 400 observationsnätter under fem år. En sådan stor tidsinvestering i teleskop var nyckeln till projektets spektakulära framgångar.

    Vad är mervärdet för att kombinera KEPLER- och HARPS-N-data?

    Kepler och K2 utnyttjar tekniken för planetövergångar:De mäter doppet i ljuset från en stjärna när en planet korsar den, avslöjar planetens storlek. HARPS-N, å andra sidan, mäter förändringar i stjärnans hastighet på grund av gravitationen från en kretsande planet, så att vi kan bestämma dess massa.

    Från kombinationen av dessa två observationer, vi kan beräkna planetens densitet och bestämma dess bulkkomposition (t.ex. klippig, vattenrika, gasrika, etc.) med hög noggrannhet.

    Kan du berätta mer om din metod?

    ETAEARTH noga utvalda Kepler- och K2-exoplanetkandidater med liten radie baserat på deras chanser att få massorna mätt noggrant med HARPS-N. Vi utformade sedan adaptiva observationsstrategier anpassade för varje system, beroende till exempel på storleken på den signal som söks med HARPS-N och på kandidatens orbitalperiod.

    När en observationskampanj för ett givet mål slutfördes, vi bestämde exakt de grundläggande fysiska parametrarna för den centrala stjärnan - det vill säga dess massa och radie - eftersom endast exakt kunskap om dessa mängder tillåter oss att härleda exakta uppskattningar av planetparametrarna.

    Nästa steg i vår metod innebar en sofistikerad kombinerad analys av tillgängliga Kepler/K2- och HARPS-N-data för att härleda alla systemets orbitala och fysiska parametrar (för både enstaka och flera transiterande planeter). Till sist, våra mätningar av planetätheten jämfördes med förutsägelser från teorin för att underbygga den verkliga sammansättningen av planeten (erna).

    Vilka var de främsta svårigheterna du mötte i den här processen och hur övervann du dem?

    Den största utmaningen vi fick möta uppstod från att hantera stjärnaktivitet. Detta fenomen, produceras främst av fläckar på stjärnans yta som kommer in och ur sikte när stjärnan roterar (precis som vår sol), introducerar komplikationer i tolkningen av data-särskilt de som samlats in med HARPS-N. Det kan ibland maskera helt eller till och med efterlikna en planetsignal. Så du tror att du ser en planet, men du mäter istället stjärnan som agerar!

    Vår inlärningskurva var brant, men till slut lyckades vi med ett tvåfaldigt tillvägagångssätt:För det första Vi anpassade våra observationsstrategier med HARPS-N för att se till att vi kunde sampla både stjärn- och planetsignaler tillräckligt bra. Med bästa möjliga tidsfördelning av våra observationer, vi utvecklade sedan sofistikerade analysverktyg som gjorde det möjligt för oss att effektivt avlägsna planetariska signaler och de som produceras av stjärnaktivitet.

    Vad skulle du säga var dina viktigaste fynd?

    Vi kunde lära oss för första gången om fysiken i dessa föremåls interiörer. Vi har särskilt bestämt med hög precision (20 procent eller bättre) sammansättningen av 70 procent av de för närvarande kända planeterna med massor mellan en och sex gånger jordens och med en stenig sammansättning som liknar jordens.

    Bland dessa, vi upptäckte Kepler-78b, det första planetobjektet som har en liknande massa, radie och densitet till jorden. Vi har också hittat de två närmaste transiterande steniga planeterna, kretsar kring solstjärnan HD219134 bara 21 ljusår bort. Detta gyllene urval av planeter med välbegränsade parametrar gjorde att vi kunde dra slutsatsen att alla täta planeter med massor under sex jordmassor (inklusive jorden och Venus) är välbeskrivna med exakt samma steniga sammansättning (i tekniska termer, samma fasta förhållande av järn till magnesiumsilikat).

    Framför allt, ETAEARTH ger de första begränsningarna någonsin på densiteten för K2-3d, en planet i ett system med flera transiteringar som liknar jorden i massa och i banor inom den livliga zonen hos stjärnan som hittills är känd som massan närmast solen. K2-3d verkar tillhöra den fortfarande svårfångade klassen 'vattenvärldar', med en densitet något lägre än jordens.

    Till sist, använder information från hela urvalet av objekt som hittats av Kepler, vi har bestämt att en av fem solliknande stjärnor är värd för en jordliknande planet, dvs ett objekt med en storlek som liknar jorden som kretsar inom den livliga zonen i dess moderstjärna av soltyp.

    Vilka är dina uppföljningsplaner, om någon?

    Våra planer efter ETAEARTH kommer främst att fokusera på att ta tillvara den enorma potential som är på väg att lösgöras av den nya viktiga spelaren på exoplanetarenan, NASA:s TESS -uppdrag som framgångsrikt lanserades för bara några veckor sedan.

    TESS kommer att hitta transiterande planeter över de flesta av den observerbara himlen med radier som inte är mycket större än jordens, och runt stjärnor vanligtvis fem till tio gånger ljusare än de som observerats av Kepler. Några av dessa små planeter kommer att kretsa vid Habitable Zone -avstånd från deras centrala stjärnor (vanligtvis med lägre massa än solen).

    Vi planerar att investera stora mängder observationsresurser från båda halvklotet samtidigt som vi fortsätter att använda HARPS-N och den nya ultrahögprecise europeiska planetjägaren ESPRESSO på Very Large Telescope i de chilenska Anderna för att mäta massor och densiteter av de bästa kandidater från TESS. Att göra detta kan dramatiskt öka urvalet av optimala mål som är lämpliga för undersökningar av deras atmosfär.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com