Ett närliggande system är värd för den första planeten i jordstorlek som upptäcktes av NASA:s Transiting Exoplanets Survey Satellite, såväl som en varm värld i storleken under Neptunus, enligt ett nytt papper från ett team av astronomer som inkluderar Carnegies Johanna Teske, Paul Butler, Steve Shectman, Jeff Crane, och Sharon Wang.

Deras arbete publiceras i Astrofysiska tidskriftsbrev .

"Det är så spännande att TESS, som lanserades för bara ett år sedan, är redan en spelväxlare inom planetjaktbranschen, sa Teske, som är andraförfattare på tidningen. "Rymdfarkosten undersöker himlen och vi samarbetar med TESS-uppföljningsgemenskapen för att flagga potentiellt intressanta mål för ytterligare observationer med markbaserade teleskop och instrument."

Ett sådant verktyg, Planet Finder Spectrograph på Magellan II-teleskopet vid Carnegies Las Campanas-observatorium i Chile, var en avgörande komponent i detta arbete. Det hjälpte till att bekräfta TESS-signalens planetariska natur, och att mäta massan av den nyupptäckta sub-Neptunus.

PFS - byggd av Shectman och Crane med en metod som pionjärer av Butler och hans medarbetare - fungerar med en teknik som kallas radiell hastighetsmetoden, vilket för närvarande är det enda sättet för astronomer att mäta massorna av enskilda planeter. Utan kända massor, det är mycket utmanande att bestämma en planets densitet eller dess allmänna kemiska sammansättning.

Denna metod drar fördel av det faktum att inte bara en stjärnas gravitation påverkar planeten som kretsar runt den, men planetens gravitation påverkar också stjärnan i sin tur. PFS gör det möjligt för astronomer att upptäcka dessa små vinglar som planetens gravitation inducerar i stjärnans bana.

"PFS är ett av de enda instrumenten på södra halvklotet som kan göra dessa typer av mätningar, " tillade Teske. "Så, det kommer att vara en mycket viktig del av att ytterligare karakterisera de planeter som hittats av TESS-uppdraget."

Med en omloppsbana som tar cirka 36 dagar att slutföra, under-Neptunus, HD 21749b, har den längsta perioden av någon av TESS-fyndigheterna som hittills publicerats. På grund av tekniken som TESS använder, det förutspås att de flesta av planeterna som uppdraget hittar kommer att ha omloppsperioder på mindre än 10 dagar, så HD 21749b är ovanlig i detta avseende. Faktiskt, detta gjorde också upptäckten av planeten i TESS-data till en extra utmaning.

"Det var en del detektivarbete inblandat, och rätt människor var där vid rätt tidpunkt, " sa huvudförfattaren Diana Dragomir från MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Men vi hade tur, och vi fångade signalerna, och de var verkligen tydliga."

Dess värdstjärna har cirka 80 procent av vår sols massa och finns cirka 53 ljusår från jorden. HD 21749b har cirka 23 gånger jordens massa och en radie på cirka 2,7 gånger jordens. Dess densitet indikerar att planeten har betydande atmosfär men inte är stenig, så det kan potentiellt hjälpa astronomer att förstå sammansättningen och utvecklingen av kallare sub-Neptunus planetatmosfärer.

Spännande nog, den längre perioden sub-Neptunus planeten i detta system är inte ensam. Den har en syskonplanet, HD 21749c, som tar ungefär åtta dagar att kretsa runt värdstjärnan och är mycket mindre – liknande jordens storlek.

"Att mäta den exakta massan och sammansättningen av en så liten planet kommer att vara utmanande, men viktigt för att jämföra HD 21749c med jorden, " sa Wang. "Carnegies PFS-team fortsätter att samla in data om detta objekt med detta mål i åtanke."

Tack vare TESS, astronomer kommer att kunna mäta massorna, atmosfäriska sammansättningar, och andra egenskaper hos många mindre exoplaneter för första gången. Även om små exoplaneter är vanliga i vår galax, det finns fortfarande mycket att lära om deras mångfald och om hur de kan jämföras med planeterna i vårt eget solsystem.

"För stjärnor som är mycket nära och mycket ljusa, vi förväntade oss att hitta upp till ett par dussin planeter i jordstorlek, sade Dragomir. Och här är vi — det här skulle bli vår första, och det är en milstolpe för TESS. Det sätter vägen för att hitta mindre planeter runt ännu mindre stjärnor, och de planeterna kan potentiellt vara beboeliga."