En signal som ursprungligen upptäcktes av rymdfarkosten Kepler har validerats som en exoplanet med hjälp av Habitable-zone Planet Finder (HPF), en astronomisk spektrograf byggd av ett team från Penn State och nyligen installerad på 10m Hobby-Eberly-teleskopet vid McDonald Observatory i Texas. HPF ger de högsta precisionsmätningarna hittills av infraröda signaler från närliggande stjärnor med låg massa, och astronomer använde den för att validera kandidatplaneten genom att utesluta alla möjligheter att kontaminera signaler med mycket hög sannolikhetsnivå. Detaljerna om fynden visas i Astronomisk tidskrift .

Planeten, kallas G 9-40b, är ungefär dubbelt så stor som jorden, men troligen närmare Neptunus i storlek, och kretsar runt sin värdstjärna med låg massa, en M dvärgstjärna, bara 100 ljusår från jorden. Kepler upptäckte planeten genom att observera ett dopp i värdstjärnans ljus när planeten korsade framför – eller passerade – stjärnan under dess omloppsbana, en resa som genomförs var sjätte jorddag. Denna signal validerades sedan med precisionsspektroskopiska observationer från HPF, utesluter möjligheten av en nära stellar eller substellär binär följeslagare. Observationer från andra teleskop, inklusive 3,5 m-teleskopet vid Apache Point Observatory och 3 m Shane-teleskopet vid Lick Observatory, hjälpte till att bekräfta identifieringen.

"G 9-40b är bland de tjugo mest kända planeter som är närmast transiterande, vilket gör denna upptäckt riktigt spännande, sa Guðmundur Stefánsson, huvudförfattare till tidningen, och en före detta Ph.D. student vid Penn State som för närvarande är postdoktor vid Princeton University. "Ytterligare, på grund av dess stora transportdjup, G 9-40b är en utmärkt exoplanetkandidat för att studera dess atmosfäriska sammansättning med framtida rymdteleskop."

"De spektroskopiska observationerna från HPF gjorde det möjligt för oss att placera en övre gräns av 12 jordmassor på planetens massa, " sa Caleb Cañas, en doktorand vid Penn State och en författare till tidningen. "Detta visar att en planet orsakar nedgångar i ljus från värdstjärnan, snarare än ett annat astrofysiskt objekt som en bakgrundsstjärna. Vi hoppas få fler observationer med HPF för att exakt mäta dess massa, vilket gör att vi kan begränsa dess bulksammansättning och skilja mellan en övervägande stenig eller gasrik sammansättning."

HPF levererades till 10m Hobby-Eberly-teleskopet vid McDonald Observatory i slutet av 2017 och startade fullständig vetenskapsverksamhet i slutet av 2018. Instrumentet är designat för att upptäcka och karakterisera planeter i den beboeliga zonen – området runt stjärnan där en planet kan upprätthålla flytande vatten på dess yta – runt närliggande stjärnor med låg massa. En unik egenskap hos HPF är dess exakta spektralkalibrering med en laserfrekvenskam byggd av medarbetare vid National Institute of Standards and Technology och University of Colorado Boulder.

"Med HPF, vi undersöker för närvarande de närmaste lågmassastjärnorna – även kallade M-dvärgar, vilka är de vanligaste stjärnorna i galaxen – med målet att upptäcka exoplaneter i vårt stjärnområde, " sa Suvrath Mahadevan, professor i astronomi och astrofysik vid Penn State och huvudforskare av HPF-spektrografen.

Förutom de uppgifter som erhållits med HPF, forskarna fick ytterligare en observation av den transiterande planeten med hjälp av 3,5 m-teleskopet vid Apache Point Observatory i New Mexico med hjälp av en fotometrisk teknik och instrumentering utvecklad som en del av Stefánssons doktorsavhandling. Dessa transitobservationer hjälpte till att ytterligare lösa "transitformen" - kurvan som representerar hur mycket av värdplanetens ljus som är blockerad - vilket resulterade i mer exakta planetparametrar. Dessutom, Högkontrastavbildningsobservationer med 3m Shane-teleskopet vid Lick Observatory visade att värdstjärnan var den sanna källan till transiterna.

"Det är spännande att se detta första resultat av HPF-undersökningen komma ut. HPF byggdes från grunden för att möjliggöra precisionsmätningar för att upptäcka och bekräfta planeter, sa Larry Ramsey, emeritus professor i astronomi och astrofysik vid Penn State.