Den första exoplaneten har upptäckts av Subaru Strategic Program med hjälp av den infraröda spektrografen IRD på Subaru Telescope (IRD-SSP). Denna planet, Ross 508b, är en superjord med ungefär fyra gånger jordens massa och ligger nära den beboeliga zonen. En sådan planet kanske kan behålla vatten på sin yta och kommer att vara ett viktigt mål för framtida observationer för att verifiera möjligheten till liv runt lågmassastjärnor.

Forskningen om exoplaneter, som har gjort stora framsteg de senaste åren sedan upptäckten av en jätteplanet runt en stjärna som liknar vår sol, fokuserar nu på röda dvärgar, som har lägre massa än vår sol. Röda dvärgar, som utgör tre fjärdedelar av stjärnorna i vår galax och som finns i stort antal i närheten av vårt solsystem, är utmärkta mål för att hitta exoplaneter i vårt grannskap. Upptäckten av sådana närliggande exoplaneter, med detaljerade observationer av deras atmosfärer och ytskikt, kommer att tillåta oss att diskutera närvaron eller frånvaron av liv i miljöer som skiljer sig mycket från de i vårt solsystem.

Röda dvärgar är dock mycket svaga i synligt ljus på grund av deras låga yttemperatur på mindre än 4 000 grader. Tidigare planetsökningar med hjälp av spektrometrar för synligt ljus har bara upptäckt ett fåtal planeter runt mycket närliggande röda dvärgar, som Proxima Centauri b. I synnerhet röda dvärgar med yttemperaturer under 3 000 grader (röda dvärgar av sen typ) har inte systematiskt sökts efter planeter. Transitmetoden, som upptäcker förändringar i stjärnans ljusstyrka när en planet korsar framför en stjärna, kräver inte lika många fotoner som den spektroskopiska dopplermetoden, så sökandet efter planeter runt röda dvärgar med hjälp av transitmetoden har gått framåt de senaste åren . Transitplanetsökningar med TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) kan upptäcka jordlevande planeter runt relativt tunga röda dvärgar (röda dvärgar av tidig typ).

Även om röda dvärgar är viktiga mål för att studera livet i universum, är de svåra att observera eftersom de är för svaga i synligt ljus. För att lösa svårigheterna med spektroskopiska observationer av röda dvärgar har man länge efterlängtat en planetsökning med en högprecisionsspektrograf i infrarött, där röda dvärgar är relativt ljusa. Till exempel är solens ljusstyrka sett på 30 ljusårs avstånd fem magnitud i synligt ljus och tre magnitud i infrarött ljus. Å andra sidan är de lättaste röda dvärgarna av sen typ mycket svaga i synligt ljus vid 19 magnitud, men relativt ljusa i infrarött vid 11 magnitud.

Astrobiology Center i Japan har framgångsrikt utvecklat IRD (InfraRed Doppler instrument), världens första högprecisions infraröda spektrograf för 8-meters teleskop. IRD monterad på Subaru-teleskopet kan upptäcka små vinglar i en stjärnas hastighet, ungefär samma hastighet som en person som går.

Transitmetoden kan bara upptäcka planeter vars banor ligger längs siktlinjen, medan Dopplermetoden kan upptäcka planeter oavsett deras orientering i förhållande till himlaplanet. Det är också en viktig metod genom att den kan bestämma "massan" på en planet.

IRD Subaru Strategic Program (IRD-SSP) för att söka efter planeter runt sena röda dvärgar startade 2019. Detta är den första systematiska planetsökningen kring sena röda dvärgar och är ett internationellt projekt som involverar cirka 100 inhemska och internationella forskare. Under de första två åren gjordes screeningsobservationer för att hitta "stabila" röda dvärgar med lågt brus, där även små planeter kan upptäckas. Röda dvärgar har hög ytaktivitet, såsom utbrott, och denna ytaktivitet kan orsaka förändringar i stjärnans siktlinjeshastighet även om det inte finns några planeter. Därför är endast stabila röda dvärgar med låg ytaktivitet mål i sökandet efter små jordliknande planeter.

För närvarande befinner sig projektet i fasen av intensiv observation av cirka 50 lovande röda dvärgar av sen typ som noggrant valts ut genom screeningen.

Den första exoplaneten som upptäcktes av IRD-SSP ligger cirka 37 ljusår från jorden, runt en röd dvärgstjärna som heter Ross 508, som är en femtedel av solens massa. Detta är den första exoplaneten som upptäckts genom en systematisk sökning med hjälp av en infraröd spektrometer.

För att bekräfta att den periodiska vinklingen av Ross 508 verkligen beror på en planet, identifierade IRD-SSP-teamet flera indikatorer på stjärnaktivitet som kunde producera en falsk positiv för en planet (t. linjer) och visade att perioden för dessa indikatorer skiljer sig tydligt från den observerade planetperioden. Detta är en svårare uppgift än att använda Dopplermetoden för att bekräfta planetkandidater som tidigare rapporterats av transitmetoden, men det är en viktig metod för att upptäcka icke-transiterande planeter.

Denna planet, Ross 508b, har en minimimassa på bara ungefär fyra gånger jordens. Dess genomsnittliga avstånd från dess centrala stjärna är 0,05 gånger jorden-solens avstånd, och den ligger i den inre kanten av den beboeliga zonen. Intressant nog kommer planeten sannolikt att ha en elliptisk omloppsbana, i vilket fall den skulle passera in i den beboeliga zonen med en omloppsperiod på cirka 11 dagar (figur 1 och 2).

Planeter i den beboeliga zonen kan hålla kvar vatten på sina ytor och kan hysa liv. Ross 508b kommer att vara ett viktigt mål för framtida observationer för att verifiera möjligheten till beboelighet på planeter runt röda dvärgar. Spektroskopiska observationer av molekyler och atomer i planetatmosfären är också viktiga, medan de nuvarande teleskopen inte direkt kan avbilda planeten på grund av dess närhet till centralstjärnan. I framtiden kommer det att bli ett av målen för livssökningar med 30-meters teleskop.

Hittills har bara tre planeter varit kända för att kretsa kring sådana mycket lågmassa stjärnor, inklusive Proxima Centauri b. IRD-SSP förväntas fortsätta att upptäcka nya planeter.

"Ross 508b är den första framgångsrika upptäckten av en superjord med enbart nära-infraröd spektroskopi. Dessförinnan, vid upptäckten av lågmassaplaneter som superjordar, var nära-infraröda observationer enbart inte tillräckligt exakta, och verifiering med hög precision av siktlinje var hastighetsmätningar i synligt ljus nödvändig.Denna studie visar att IRD-SSP ensamt kan detektera planeter och visar tydligt fördelen med IRD-SSP i dess förmåga att söka med hög precision även för sena röda dvärgar som är för svaga för att kunna observeras med synligt ljus", säger Dr. Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Telescope), huvudförfattaren till upptäcktsuppsatsen.

"Det har gått 14 år sedan starten av IRD:s utveckling. Vi har fortsatt vår utveckling och forskning med hopp om att hitta en planet som exakt liknar Ross 508b. Denna upptäckt möjliggjordes av den höga instrumentella prestandan hos IRD, den stora bländaren på Subaru Telescope, och det strategiska ramverket för observationer som möjliggjorde intensiv och frekvent datainsamling. Vi är fast beslutna att göra nya upptäckter." säger professor Bun'ei Sato (Tokyo Institute of Technology), huvudutredaren för IRD-SSP.

Dessa resultat visades som Harakawa et al. "A Super-Earth Orbiting Near the Inner Edge of the Habitable Zone around the M4.5-dwarf Ross 508" i Publications of the Astronomical Society of Japan den 30 juni 2022. + Utforska vidare

Superjord-exoplanet som kretsar kring närliggande stjärna upptäcktes