NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, har upptäckt en tredje liten planet utanför vårt solsystem, forskare meddelade denna vecka vid American Astronomical Societys årliga möte i Seattle.

Den nya planeten, heter HD 21749b, kretsar runt en ljus, närliggande dvärgstjärna cirka 53 ljusår bort, i stjärnbilden Reticulum, och verkar ha den längsta omloppsperioden av de tre planeter som hittills identifierats av TESS. HD 21749b färdas runt sin stjärna på relativt lugna 36 dagar, jämfört med de två andra planeterna - Pi Mensae b, en "superjord" med en omloppsbana på 6,3 dagar, och LHS 3844b, en stenig värld som rusar runt sin stjärna på bara 11 timmar. Alla tre planeterna upptäcktes under de första tre månaderna av TESS-observationer.

Ytan på den nya planeten är troligen runt 300 grader Fahrenheit - relativt sval, med tanke på dess närhet till sin stjärna, som är nästan lika ljus som solen.

"Det är den coolaste lilla planeten som vi känner till runt en så ljusstark stjärna, säger Diana Dragomir, en postdoc vid MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, som ledde den nya upptäckten. "Vi vet mycket om heta planeters atmosfärer, men eftersom det är väldigt svårt att hitta små planeter som kretsar längre från sina stjärnor, och är därför svalare, vi har inte kunnat lära oss mycket om dessa mindre, kallare planeter. Men här hade vi tur, och fångade denna, och kan nu studera det mer i detalj."

Planeten är ungefär tre gånger så stor som jorden, vilket placerar den i kategorin "sub-Neptunus". Förvånande, den är också hela 23 gånger så massiv som jorden. Men det är osannolikt att planeten är stenig och därför beboelig; det är mer troligt gjord av gas, av ett slag som är mycket tätare än atmosfärerna hos antingen Neptunus eller Uranus.

"Vi tror att den här planeten inte skulle vara så gasformig som Neptunus eller Uranus, som mestadels är väte och riktigt svullna, " säger Dragomir. "Planeten har sannolikt en täthet av vatten, eller en tjock atmosfär."

Serendipitalt, forskarna har också upptäckt bevis på en andra planet, men ännu inte bekräftat, i samma planetsystem, med en kortare, 7,8 dagars bana. Om det bekräftas som en planet, det kan vara den första planeten i jordstorlek som upptäckts av TESS.

Förutom att presentera sina resultat på AAS-mötet, forskarna har lämnat in ett papper till Astrofysiska tidskriftsbrev .

"Något där"

Sedan den lanserades i april 2018, TESS, ett MIT-ledd uppdrag, har övervakat himlen, sektor för sektor, för tillfälliga nedgångar i ljuset av cirka 200, 000 närliggande stjärnor. Sådana fall representerar sannolikt en planet som passerar framför den stjärnan.

Satelliten tränar sina fyra kameror ombord på varje sektor under 27 dagar, tar in ljus från stjärnorna i det specifika segmentet innan du växlar för att se nästa. Under sitt tvååriga uppdrag, TESS kommer att övervaka nästan hela himlen genom att övervaka och sätta ihop överlappande delar av natthimlen. Satelliten kommer att tillbringa det första året med att undersöka himlen på södra halvklotet, innan du svänger runt för att ta in himlen på norra halvklotet.

Uppdraget har släppt till allmänheten all data som TESS hittills har samlat in från de tre första av de 13 sektorerna som den kommer att övervaka på den södra himlen. För deras nya analys, forskarna tittade igenom dessa data, samlas in mellan 25 juli och 14 okt.

Inom sektor 1-data, Dragomir identifierade en enda transit, eller dopp, i ljuset från stjärnan HD 21749. Eftersom satelliten bara samlar in data från en sektor under 27 dagar, det är svårt att identifiera planeter med omloppsbanor längre än den tidsperioden; när en planet passerar runt igen, satelliten kan ha skiftat för att se en annan del av himlen.

För att komplicera saken, stjärnan i sig är relativt aktiv, och Dragomir var inte säker på om den enda genomfarten hon upptäckte var ett resultat av en passerande planet eller en störning i stjärnaktivitet. Så hon konsulterade en andra datauppsättning, samlas in av High Precision Radial Velocity Planet Searcher, eller HARPS, en högprecisionsspektrograf installerad på ett stort markbaserat teleskop i Chile, som identifierar exoplaneter genom deras gravitationsdrag på sina värdstjärnor.

"De hade tittat på det här stjärnsystemet för ett decennium sedan och tillkännagav aldrig något eftersom de inte var säkra på om de tittade på en planet kontra stjärnans aktivitet, " säger Dragomir. "Men vi hade den här transiteringen, och visste att något fanns där."

Stjärndeckare

När forskarna tittade igenom HARPS-data, de upptäckte en upprepad signal från HD 21749 var 36:e dag. Från detta, de uppskattade att om de verkligen hade sett en transitering i TESS-data från sektor 1, då bör en annan transit dyka upp 36 dagar senare, i data från sektor 3. När dessa uppgifter blev allmänt tillgängliga, en tillfällig glitch skapade en lucka i data precis vid den tidpunkt då Dragomir förväntade sig att den andra transiteringen skulle inträffa.

"Eftersom det var ett avbrott i data runt den tiden, vi såg till en början inte en andra transitering, och blev ganska besvikna, " minns Dragomir. "Men vi extraherade data igen och zoomade in för att titta mer noggrant, och hittade vad som såg ut som slutet på en transit."

Hon och hennes kollegor jämförde mönstret med den första fullständiga transitering de ursprungligen hade upptäckt, och hittade en nästan perfekt match – en indikation på att planeten passerade igen framför sin stjärna, i en 36-dagars bana.

"Det var en del detektivarbete inblandat, och rätt människor var där vid rätt tidpunkt, " säger Dragomir. "Men vi hade tur och vi fångade signalerna, och de var verkligen tydliga."

De använde också data från Planet Finder Spectrograph, ett instrument installerat på Magellan-teleskopet i Chile, för att ytterligare validera deras fynd och begränsa planetens massa och omloppsbana.

När TESS har slutfört sin tvååriga övervakning av hela himlen, vetenskapsteamet har förbundit sig att leverera information om 50 små planeter mindre än fyra gånger jordens storlek till astronomisamhället för vidare uppföljning, antingen med markbaserade teleskop eller det framtida rymdteleskopet James Webb.

"Vi har bekräftat tre planeter hittills, och det finns så många fler som bara väntar på att teleskopet och människors tid ska bekräftas, " säger Dragomir. "Så det går riktigt bra, och TESS hjälper oss redan att lära oss om mångfalden hos dessa små planeter."