I en härlig kombination av astronomi och matematik, forskare vid MIT och på andra håll har upptäckt en "pi-jord" - en planet i storleken av jorden som snurrar runt sin stjärna var 3,14:e dag, i en bana som påminner om den universella matematikkonstanten.

Forskarna upptäckte signaler från planeten i data som togs 2017 av NASA Kepler Space Telescopes K2-uppdrag. Genom att nollställa systemet tidigare i år med SPECULOOS, ett nätverk av markbaserade teleskop, teamet bekräftade att signalerna var från en planet som kretsade runt sin stjärna. Och verkligen, planeten verkar fortfarande cirkulera sin stjärna idag, med en pi-liknande period, var 3,14 dag.

"Planeten rör sig som ett urverk, " säger Prajwal Niraula, en doktorand vid MIT:s Department of Earth, Atmosfärs- och planetvetenskap (EAPS), som är huvudförfattare till en tidning som publicerades idag i Astronomisk tidskrift , titeln:"π Earth:a 3,14-day Earth-sized Planet from K2's Kitchen Serverd Warm by the SPECULOOS Team."

"Alla behöver lite kul nuförtiden, säger medförfattaren Julien de Wit, av både papperstiteln och upptäckten av själva pi-planeten.

Planetextraktion

Den nya planeten är märkt K2-315b; det är det 315:e planetariska systemet som upptäckts inom K2-data – bara ett system som undviker en ännu mer serendipital plats på listan.

Forskarna uppskattar att K2-315b har en radie på 0,95 av jordens, vilket gör den ungefär lika stor som jorden. Den kretsar runt en sval, lågmassastjärna som är ungefär en femtedel av solens storlek. Planeten cirklar sin stjärna var 3,14:e dag, med blixtrande 81 kilometer per sekund, eller cirka 181, 000 miles per timme.

Även om dess massa ännu inte har fastställts, forskare misstänker att K2-315b är markbunden, som jorden. Men pi-planeten är sannolikt inte beboelig, eftersom dess snäva bana för planeten tillräckligt nära sin stjärna för att värma dess yta upp till 450 kelvin, eller runt 350 grader Fahrenheit – perfekt, som det visar sig, för att baka en riktig paj.

"Detta skulle vara för varmt för att vara beboeligt i den vanliga uppfattningen av frasen, säger Niraula, som tillägger att spänningen runt just denna planet, bortsett från dess associationer med den matematiska konstanten pi, är att det kan visa sig vara en lovande kandidat för att studera atmosfärens egenskaper.

"Vi vet nu att vi kan bryta och extrahera planeter från arkivdata, och förhoppningsvis kommer det inte att finnas några planeter kvar, speciellt dessa riktigt viktiga som har stor inverkan, säger de Wit, som är biträdande professor i EAPS, och medlem av MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

Niraula och de Wits MIT-medförfattare inkluderar Benjamin Rackham och Artem Burdanov, tillsammans med ett team av internationella samarbetspartners.

Sjunker i data

Forskarna är medlemmar i SPECULOOS, en akronym för The Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars, och uppkallad efter ett nätverk av fyra 1-meters teleskop i Chiles Atacamaöknen, som skannar himlen över det södra halvklotet. Senast, nätverket lade till ett femte teleskop, som är den första som ligger på norra halvklotet, namnet Artemis - ett projekt som leddes av forskare vid MIT.

SPECULOOS-teleskopen är designade för att söka efter jordliknande planeter i närheten, ultracoola dvärgar - små, mörka stjärnor som ger astronomer en bättre chans att upptäcka en kretsande planet och karakterisera dess atmosfär, eftersom dessa stjärnor saknar bländningen av mycket större, ljusare stjärnor.

"Dessa ultracoola dvärgar är utspridda över himlen, "Burdanov säger. "Riktade markbaserade undersökningar som SPECULOOS är användbara eftersom vi kan titta på dessa ultracoola dvärgar en efter en."

Särskilt, astronomer tittar på enskilda stjärnor efter tecken på transiter, eller periodiska dopp i en stjärnas ljus, som signalerar en möjlig planet som korsar framför stjärnan, och blockerar kort dess ljus.

Tidigare i år, Niraula kom på en cool dvärg, något varmare än den allmänt accepterade tröskeln för en ultrakall dvärg, i data som samlats in av K2-kampanjen – Kepler Space Telescopes andra observationsuppdrag, som övervakade flisor av himlen när rymdfarkosten kretsade runt solen.

Under flera månader under 2017, Kepler-teleskopet observerade en del av himlen som inkluderade den svala dvärgen, märkt i K2-data som EPIC 249631677. Niraula kammade sig igenom denna period och hittade cirka 20 fall i ljuset från denna stjärna, som verkade upprepas var 3,14:e dag.

Teamet analyserade signalerna, testa olika potentiella astrofysiska scenarier för deras ursprung, och bekräftade att signalerna sannolikt var en transitplanet, och inte en produkt av några andra fenomen som ett binärt system av två spiralformade stjärnor.

Forskarna planerade sedan att titta närmare på stjärnan och dess kretsande planet med SPECULOOS. Men först, de var tvungna att identifiera ett tidsfönster när de skulle vara säkra på att hinna med en transit.

"Att spika den bästa natten att följa upp från marken är lite knepigt, säger Rackham, som utvecklade en prognosalgoritm för att förutsäga när en transitering nästa gång kan inträffa. "Även när du ser den här 3,14-dagarssignalen i K2-data, det finns en osäkerhet i det, vilket stämmer överens med varje bana."

Med Rackhams prognosalgoritm, gruppen smalnade av flera nätter i februari 2020 då de sannolikt skulle se planeten korsa framför sin stjärna. De pekade sedan SPECULOOS teleskop i stjärnans riktning och kunde se tre tydliga genomgångar:två med nätverkets teleskop på södra halvklotet, och den tredje från Artemis, på norra halvklotet.

Forskarna säger att den nya pi-planeten kan vara en lovande kandidat att följa upp med James Webb Space Telescope (JWST), för att se detaljer om planetens atmosfär. Tills vidare, teamet tittar igenom andra datauppsättningar, som från NASA:s TESS-uppdrag, och observerar också direkt himlen med Artemis och resten av SPECULOOS-nätverket, för tecken på jordliknande planeter.

"Det kommer att finnas fler intressanta planeter i framtiden, lagom till JWST, ett teleskop designat för att undersöka atmosfären i dessa främmande världar, " säger Niraula. "Med bättre algoritmer, förhoppningsvis en dag, vi kan leta efter mindre planeter, även så liten som Mars."