Figur 1:Detta collage sammanfattar forskningen. Med hjälp av Okayama 188-cm Reflector Telescope och observationsinstrumentet MuSCAT (Se riktig bild längst ner till vänster.), forskare lyckades observera den extrasolära planeten K2-3d, som är ungefär samma storlek och temperatur som jorden, passera framför dess värdstjärna och blockerar en del av ljuset som kommer från stjärnan (se konstnärlig visualisering överst.), vilket gör att det verkar nedtonat (se riktiga data längst ner till höger). Kredit:NAOJ
En grupp forskare från National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), universitetet i Tokyo, och Astrobiology Center bland andra har observerat transiteringen av en potentiellt jordliknande extrasolär planet känd som K2-3d med hjälp av MuSCAT-instrumentet på Okayama Astrophysical Observatory 188-cm teleskop. En transit är ett fenomen där en planet passerar framför sin moderstjärna, blockerar en liten mängd ljus från stjärnan, som en skugga av planeten. Medan transiter tidigare har observerats för tusentals andra extrasolära planeter, K2-3d är viktigt eftersom det finns en möjlighet att det kan hysa utomjordiskt liv.
Genom att observera dess transit exakt med hjälp av nästa generations teleskop, som TMT, forskare förväntar sig att kunna söka i planetens atmosfär efter molekyler relaterade till liv, såsom syre.
Med endast de tidigare observationerna av rymdteleskopet, dock, forskare kan inte beräkna planetens omloppsperiod exakt, vilket gör det svårare att förutse exakta tidpunkter för framtida transiter. Denna forskargrupp har lyckats mäta planetens omloppsperiod med en hög precision på cirka 18 sekunder. Detta förbättrade avsevärt prognosnoggrannheten för framtida transittider. Så nu kommer forskare att veta exakt när de ska se efter transiterna med nästa generations teleskop. Detta forskningsresultat är ett viktigt steg mot sökandet efter utomjordiskt liv i framtiden.
K2-3d
K2-3d är en extrasolär planet cirka 150 ljusår bort som upptäcktes av NASA K2-uppdraget (Kepler-teleskopets "andra ljus") (not 1). K2-3ds storlek är 1,5 gånger jordens storlek. Planeten kretsar runt sin värdstjärna, som är hälften så stor som solen, med en period av cirka 45 dagar. Jämfört med jorden, planeten kretsar nära sin värdstjärna (cirka 1/5 av avståndet jord-sol). Men, eftersom värdstjärnans temperatur är lägre än solens, beräkningar visar att detta är rätt avstånd för att planeten ska ha ett relativt varmt klimat som jordens. Det finns en möjlighet att flytande vatten kan finnas på planetens yta, höjer den lockande möjligheten för utomjordiskt liv.
Figur 2:Transiterande planeter i den beboeliga zonen (omloppsområdet där en planet kan hålla flytande vatten på ytan), plottas i termer av planetens radie vs. värdstjärnans magnitud (ljusstyrka). Svarta cirklar representerar bekräftade planeter som upptäckts av Kepler-uppdraget och vita cirklar representerar obekräftade planetkandidater. De orange trianglarna representerar planeterna TRAPPIST-1c och TRAPPIST-1d i jordens storlek som observerats 40 ljusår bort av ett markbaserat teleskop. TRAPPIST-1c och TRAPPIST-1d tros vara strax utanför den beboeliga zonen, men de är ritade som referens. Värdstjärnan för K2-3d (röd stjärna) är den ljusaste i denna figur. Kredit:NAOJ
K2-3ds bana är inriktad så att sett från jorden, den passerar (passerar framför) sin värdstjärna. Detta orsakar, kort, periodiska minskningar av stjärnans ljusstyrka, eftersom planeten blockerar en del av stjärnans ljus. Denna inriktning gör det möjligt för forskare att undersöka atmosfärens sammansättning av dessa planeter genom exakt mätning av mängden blockerat stjärnljus vid olika våglängder.
Cirka 30 potentiellt beboeliga planeter som också har transitorbanor upptäcktes av NASAs Kepler-uppdrag, men de flesta av dessa planeter kretsar svagare, mer avlägsna stjärnor. Eftersom den är närmare jorden och dess värdstjärna är ljusare, K2-3d är en mer intressant kandidat för detaljerade uppföljningsstudier (se figur 2). Ljusstyrkan för värdstjärnan orsakad av transiteringen av K2-3d är liten, endast 0,07 %. Dock, det förväntas att nästa generation av stora teleskop (not 2) kommer att kunna mäta hur denna minskning av ljusstyrkan varierar med våglängden, möjliggör undersökningar av sammansättningen av planetens atmosfär. Om utomjordiskt liv finns på K2-3d, forskare hoppas kunna upptäcka molekyler relaterade till det, som syre, i atmosfären.
MuSCAT Observationer och Transit Ephemeris Improvements
Omloppstiden för K2-3d är cirka 45 dagar. Eftersom K2-uppdragets undersökningsperiod bara är 80 dagar för varje område på himlen, forskare kunde bara mäta två transiter i K2-data. Detta är inte tillräckligt för att mäta planetens omloppsperiod exakt, så när forskare försöker förutsäga tiderna för framtida transiter, skapa något som kallas en "transitephemeris, " det finns osäkerheter i de förutsagda tiderna. Dessa osäkerheter växer sig större när de försöker förutsäga längre in i framtiden. Därför, tidiga ytterligare transitobservationer och justeringar av efemeriet krävdes innan forskarna tappade koll på transiteringen. På grund av vikten av K2-3d, Spitzer Space Telescope observerade två transiter strax efter planetens upptäckt, vilket ger det totala antalet till fyra transitmått. Dock, tillägget av även en enda transitmätning längre fram i framtiden kan bidra till att ge en avsevärt förbättrad efemeri.
Figur 3:Förutspådd transittidsavvikelse från den förbättrade K2-3d transitephemeris baserat på denna forskning. Den heldragna röda linjen indikerar de förutsedda tiderna baserat på denna forskning, det skuggade området visar osäkerhetsintervallet. rutor, trianglar, och cirklar är respektive transittidsdata från Kepler-teleskopet, Spitzer rymdteleskop, och det senaste observationsinstrumentet MuSCAT på Okayama 188-cm Reflector Telescope. Grå markeringar visar de värden som beräknats i tidigare forskning och svarta markeringar representerar de värden som räknats om i denna forskning. Lila och orange prickade linjer är transitephemeriderna som beräknats i tidigare forskning med hjälp av K2- och K2+Spitzer-data, respektive. Denna forskning lyckades korrigera förutsägelserna för 2018 års transittider med mer än en timme. Kredit:NAOJ
Med hjälp av Okayama 188-cm Reflector Telescope och det senaste observationsinstrumentet MuSCAT, teamet observerade en transitering av K2-3d för första gången med ett markbaserat teleskop. Även om en 0,07 % minskning av ljusstyrkan är nära gränsen för vad som kan observeras med markbaserade teleskop, MuSCATs förmåga att observera tre våglängdsband samtidigt förbättrade dess förmåga att detektera transit. Genom att omanalysera data från K2 och Spitzer i kombination med denna nya observation, forskare har avsevärt förbättrat precisionen av efemeriet, bestämmer planetens omloppsperiod inom cirka 18 sekunder (1/30 av den ursprungliga osäkerheten). Denna förbättrade transitephemeris (Figur 3) säkerställer att när nästa generation av stora teleskop kommer online, de kommer att veta exakt när de ska se efter transiter. Således hjälper dessa forskningsresultat att bana väg för framtida utomjordiska livundersökningar.
Framtida arbete
NASA K2-uppdraget kommer att fortsätta till åtminstone februari 2018, och förväntas upptäcka fler potentiellt beboeliga planeter som K2-3d. Vidare, K2:s efterträdare, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), kommer att lanseras i december 2017. TESS kommer att undersöka hela himlen i två år, och förväntas upptäcka hundratals små planeter som K2-3d nära vårt solsystem. För att karakterisera en "andra jorden" med hjälp av nästa generation av stora teleskop, det kommer att vara viktigt att mäta planeternas efemerider och egenskaper med ytterligare transitobservationer med hjälp av medelstora markbaserade teleskop. Teamet kommer att fortsätta använda MuSCAT för forskning relaterad till det framtida sökandet efter utomjordiskt liv.
