Ett panorama av NASA:s TESS-observationer av det norra ekliptiska halvklotet, visar att stjärnan TOI-1899, indikeras med en stjärnsymbol, ligger strax utanför det ursprungliga fältet för NASA:s Kepler-rymduppdrag (rutor på panoramat) och är nära Vintergatans plan. En planet som kretsar runt stjärnan, dubbad TOI-1899 b, upptäcktes av TESS-uppdraget efter två månaders observation och är den femte planeten i Jupiterstorlek som passerar en stjärna med låg massa. Av dessa fem Jupiter-stora planeter, TOI-1899 b är den enda med en lång omloppstid (~29 dagar). Kredit:Caleb Cañas, Penn State
En planet observerade korsande framför, eller transitering, en stjärna med låg massa har bestämts vara ungefär lika stor som Jupiter. Medan hundratals Jupiter-stora planeter har upptäckts kretsar kring större solliknande stjärnor, det är sällsynt att se dessa planeter kretsa kring värdstjärnor med låg massa och upptäckten kan hjälpa astronomer att bättre förstå hur dessa jätteplaneter bildas.
"Detta är bara den femte planeten i Jupiterstorlek som passerar en stjärna med låg massa som har observerats och den första med en så lång omloppstid, vilket gör denna upptäckt riktigt spännande", sa Caleb Cañas, huvudförfattare till uppsatsen och en Ph.D. student vid Penn State och NASA Earth and Space Science Fellow.
Ursprungligen upptäckt av NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) rymdfarkost, astronomer karakteriserade planetens massa, radie, och dess omloppsperiod med hjälp av Habitable-zone Planet Finder (HPF), en astronomisk spektrograf byggd av ett team från Penn State och installerat på 10m Hobby-Eberly-teleskopet vid McDonald Observatory i Texas. En artikel som beskriver forskningen visas i septembernumret 2020 av Astronomisk tidskrift och är allmänt tillgänglig på arXiv.
"En transiterande planet i Jupiterstorlek är mottaglig för ytterligare observationer för att se hur väl omloppsbanan är i linje med värdstjärnans spin-axel och för att begränsa hur den kunde ha bildats, sade Cañas. Dessutom, värdstjärnans låga massa och den långa omloppsperioden resulterar i en Jupiter med en måttlig temperatur jämfört med liknande planeter som upptäckts med NASA:s rymdteleskop Kepler."
Värdstjärnan, TOI-1899, är en stjärna med låg massa (M dvärg) cirka 419 ljusår från jorden. Planeten, TOI-1899 b, är två tredjedelar av Jupiters massa, tio procent större i radie än Jupiter, och är 0,16 astronomiska enheter (AU) – ett mått definierat som avståndet mellan jorden och solen – från dess värdstjärna så att ett helt år på TOI-1899 bara tar 29 jorddagar. För jämförelse, de fyra andra transiterande planeterna i Jupiterstorlek runt jämförbara stjärnor slutför sina banor på mindre än 4 dagar.
Enkeltransit, indikeras av dippen, av planeten TOI-1899 b som passerar framför sin värdstjärna som upptäckts av NASA:s TESS-uppdrag. Den enda 5-timmarshändelsen kan bara avslöja planetens storlek och en detaljerad karakterisering av det transiterande objektet som krävs från Habitable-zone Planet Finder Spectrograph, en Penn State-ledd nära-infraröd spektrograf nyligen installerad på 10m Hobby-Eberly-teleskopet vid McDonald Observatory i Texas. Kredit:Caleb Cañas, Penn State
Planeten upptäcktes av TESS med hjälp av transitmetoden, som söker efter stjärnor som visar periodiska sänkningar i sin ljusstyrka som ett tecken på ett kretsande föremål som korsar framför stjärnan och blockerar en del av dess ljus. Signalen bekräftades senare som en planet med hjälp av precisionsobservationer från HPF-spektrografen som mäter planetens massa genom att analysera hur den får sin värd att börja vingla.
Ur ett formations- och omloppsutvecklingsperspektiv, det finns ingen tydlig skiljelinje mellan varma Jupiters och de stora planeterna ännu närmare deras värdstjärnor, de mer vanligt upptäckta heta Jupiters.
"Varma Jupiters som TOI-1899 b kretsar förvånansvärt nära sin stjärna, sa Rebekah Dawson, biträdande professor i astronomi och astrofysik vid Penn State och författare till tidningen. "Även om planetens omloppsperiod är lång jämfört med många andra jätteplaneter som upptäckts och karakteriseras genom transitmetoden, den placerar fortfarande jätteplaneten mycket närmare sin stjärna än vi förväntar oss från klassiska formationsteorier. Detaljerad karaktärisering av deras fysiska och orbitala egenskaper, system arkitektur, och värdstjärnor – som HPF-teamet har gjort för TOI-1899 b – låter oss testa teorier för hur jätteplaneter kan bildas eller förskjutas så nära sin stjärna."
Habitable-zone Planet Finder levererades till 10m Hobby Eberly Telescope vid McDonald Observatory i slutet av 2017, och startade full vetenskapsverksamhet i slutet av 2018. HPF är designat för att upptäcka och karakterisera planeter i Habitable-zonen – området runt stjärnan där en planet kan upprätthålla flytande vatten på sin yta – runt närliggande M-dvärgstjärnor, men är också kapabel att göra känsliga mätningar för planeter utanför den beboeliga zonen.
"Denna varma Jupiter är ett övertygande mål för atmosfärisk karaktärisering med kommande uppdrag som rymdteleskopet James Webb, " sa Suvrath Mahadevan, professor i astronomi och astrofysik vid Penn State, huvudforskaren av HPF-spektrografen, och en författare till tidningen. "HPF var avgörande för att hjälpa oss att bekräfta detta, men att upptäcka en andra transitering är viktigt för att mycket exakt fastställa dess period."
Förutom data från HPF, ytterligare data erhölls med 3,5 m-teleskopet vid Kitt Peak National Observatory (KPNO) i Arizona och 3m Shane-teleskopet vid Lick Observatory för högkontrastavbildning och fotometriska observationer med 0,9 m WIYN-teleskopet vid KPNO, 0,5 m ARCSAT-teleskop vid Apache Point Observatory, och 0,43 m-teleskopet vid Richard S. Perkin-observatoriet i New York.
