Ett internationellt team av forskare under ledning av Charles Cadieux, en Ph.D. student vid Université de Montréal och medlem av Institutet för forskning om exoplaneter (iREx), har tillkännagett upptäckten av TOI-1452 b, en exoplanet som kretsar runt en av två små stjärnor i ett binärt system beläget i Draco-konstellationen omkring 100 ljus- år från jorden.

Exoplaneten är något större i storlek och massa än jorden och ligger på ett avstånd från sin stjärna där dess temperatur varken skulle vara för varm eller för kall för att flytande vatten skulle finnas på dess yta. Astronomerna tror att det kan vara en "havplanet", en planet helt täckt av ett tjockt lager vatten, liknande vissa av Jupiters och Saturnus månar.

I en artikel publicerad idag i The Astronomical Journal , beskriver Cadieux och hans team de observationer som klargjorde naturen och egenskaperna hos denna unika exoplanet.

"Jag är oerhört stolt över denna upptäckt eftersom den visar den höga kalibern hos våra forskare och instrumentering", säger René Doyon, Université de Montréal professor och direktör för iREx och Observatoire du Mont-Mégantic (OMM). "Det är tack vare OMM, ett speciellt instrument designat i våra labb kallat SPIRou, och en innovativ analysmetod utvecklad av vårt forskarteam som vi kunde upptäcka denna unika exoplanet."

Det var NASA:s rymdteleskop TESS, som kartlägger hela himlen i jakt på planetsystem nära vårt eget, som satte forskarna på spåren av denna exoplanet. Baserat på TESS-signalen, som visade en liten minskning av ljusstyrkan var 11:e dag, förutspådde astronomer en planet som var cirka 70 % större än jorden.

Charles Cadieux tillhör en grupp astronomer som gör markuppföljningsobservationer av kandidater som identifierats av TESS för att bekräfta deras planettyp och egenskaper. Han använder PESTO, en kamera installerad på OMM:s teleskop som utvecklades av Université de Montréal professor David Lafrenière och hans Ph.D. elev François-René Lachapelle.

"OMM spelade en avgörande roll för att bekräfta denna signals natur och uppskatta planetens radie", förklarade Cadieux. "Detta var ingen rutinkontroll. Vi var tvungna att se till att signalen som upptäcktes av TESS verkligen orsakades av en exoplanet som cirkulerade TOI-1452, den största av de två stjärnorna i det binära systemet."

Värdstjärnan TOI-1452 är mycket mindre än vår sol och är en av två stjärnor av liknande storlek i det binära systemet. De två stjärnorna kretsar runt varandra och är åtskilda av ett så litet avstånd – 97 astronomiska enheter, eller ungefär två och en halv gånger avståndet mellan solen och Pluto – att TESS-teleskopet ser dem som en enda ljuspunkt. Men PESTO:s upplösning är tillräckligt hög för att skilja de två objekten åt, och bilderna visade att exoplaneten kretsar runt TOI-1452, vilket bekräftades genom efterföljande observationer av ett japanskt team.

Uppfinnighet på jobbet

För att bestämma planetens massa observerade forskarna sedan systemet med SPIRou, ett instrument installerat på Kanada-Frankrike-Hawaii-teleskopet i Hawai'i. SPIRou är till stor del designad i Kanada och är idealisk för att studera lågmassastjärnor som TOI-1452 eftersom den verkar i det infraröda spektrumet, där dessa stjärnor är som ljusast. Redan då tog det mer än 50 timmars observation att uppskatta planetens massa, som tros vara nästan fem gånger jordens.

Forskarna Étienne Artigau och Neil Cook, också med iREx vid Université de Montréal, spelade en nyckelroll i att analysera data. De utvecklade en kraftfull analysmetod som kan upptäcka planeten i data som samlats in med SPIRou. "LBL-metoden [för rad för rad] tillåter oss att rensa data som erhålls med SPIRou från många parasitsignaler och att avslöja den svaga signaturen hos planeter som den som upptäckts av vårt team," förklarade Artigau.

I teamet ingår även Quebec-forskarna Farbod Jahandar och Thomas Vandal, två Ph.D. studenter vid Université de Montréal. Jahandar analyserade värdstjärnans sammansättning, vilket är användbart för att begränsa planetens inre struktur, medan Vandal var involverad i att analysera data som samlats in med SPIRou.

En vattnig värld

Exoplaneten TOI-1452 b är förmodligen stenig som jorden, men dess radie, massa och densitet antyder en värld som skiljer sig mycket från vår egen. Jorden är i grunden en mycket torr planet; även om vi ibland kallar den för den blå planeten eftersom cirka 70 % av dess yta är täckt av hav, utgör vatten faktiskt bara en försumbar bråkdel av dess massa – mindre än 1 %.

Vatten kan vara mycket rikligare på vissa exoplaneter. Under de senaste åren har astronomer identifierat och bestämt radien och massan för många exoplaneter med en storlek mellan jordens och Neptunus (cirka 3,8 gånger större än jorden). Vissa av dessa planeter har en densitet som bara kan förklaras om en stor del av deras massa består av lättare material än de som utgör jordens inre struktur som vatten. Dessa hypotetiska världar har kallats "havsplaneter."

"TOI-1452 b är en av de bästa kandidaterna för en havsplanet som vi hittills har hittat", sa Cadieux. "Its radius and mass suggest a much lower density than what one would expect for a planet that is basically made up of metal and rock, like Earth."

The University of Toronto's Mykhaylo Plotnykov and Diana Valencia are specialists in exoplanet interior modeling. Their analysis of TOI-1452 b shows that water may make up as much as 30% of its mass, a proportion similar to that of some natural satellites in our Solar System, such as Jupiter's moons Ganymede and Callisto, and Saturn's moons Titan and Enceladus.

To be continued…

An exoplanet such as TOI-1452 b is a perfect candidate for further observation with the James Webb Space Telescope, or Webb for short. It is one of the few known temperate planets that exhibit characteristics consistent with an ocean planet. It is close enough to Earth that researchers can hope to study its atmosphere and test this hypothesis. And, in a stroke of good fortune, it is located in a region of the sky that the telescope can observe year round.

"Our observations with the Webb Telescope will be essential to better understanding TOI-1452 b," said Doyon who overviewed the conception of James Webb's component NIRISS. "As soon as we can, we will book time on Webb to observe this strange and wonderful world."

The article "TOI-1452 b:SPIRou and TESS reveal a super-Earth in a temperate orbit transiting an M4 dwarf" was published in August 12 2022 on The Astronomical Journal . In addition to Charles Cadieux, René Doyon, Étienne Artigau, Neil Cook, Farbod Jahandar and Thomas Vandal at the Université de Montréal's iREx, the research team includes Nicolas B. Cowan (iREx, MSI, McGill, Canada); Björn Benneke, Stefan Pelletier and Antoine Darveau-Bernier (iREx, UdeM, Canada); Ryan Cloutier, former member of iREx (Harvard, U.S.); and co-authors from University of Toronto, France, Brazil, the United States, Japan, Spain, Switzerland, Portugal, Hungary, Germany, and Crimea. + Utforska vidare

New rare 'hot sub-Neptune' exoplanet discovered