Astronomen beginnen, Planeten in viel längeren Bahnen zu finden. Kühlere, bewohnbarere Planeten

Wir werden immer besser darin, Exoplaneten zu entdecken. Mit der Transit-Nachweismethode untersuchte das Weltraumteleskop Kepler in neun Jahren über 530.000 Sterne und entdeckte über 2.600 Explaneten. TESS, der Nachfolger von Kepler, ist immer noch aktiv und hat bisher über 1800 Kandidaten für Exoplaneten identifiziert, von denen 46 bestätigt wurden.

Aber was wäre, wenn hinter all diesen Daten noch mehr Planeten verborgen wären? Astronomen der Warwick University sagten, sie hätten einen dieser „verlorenen“ Planeten gefunden und glauben, noch mehr zu finden.

Das Astronomenteam veröffentlichte seine Ergebnisse in einem Forschungsbrief mit dem Titel „ NGTS-11 b (TOI-1847 b): Ein durchlaufender warmer Saturn, der von einem TESS-Einzeldurchgangsereignis wiederhergestellt wurde .“ Hauptautor ist Dr. Samuel Gill vom Department of Physics der University of Warwick. Der Brief wird in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Jede Erkennungsmethode hat einen inhärenten Selektionsbias. Ein einzelner Transit vor einem Stern reicht nicht aus, um als Planetenerkennung zu gelten. Es werden mindestens zwei Transite benötigt. Bei der Transitmethode ist die Detektion also auf Planeten mit kurzen Umlaufzeiten ausgerichtet. Es ist auch darauf ausgerichtet, größere Planeten zu finden, die mehr Sternenlicht blockieren, was zu einem größeren Helligkeitsabfall führt.

In ihrem Brief schreiben die Autoren: „… die Transitgeometrie erzwingt einen starken Selektionsbias für nahe Umlaufbahnen, und nur von einer Handvoll gut charakterisierter Exoplaneten im Transit ist bekannt, dass sie Umlaufzeiten von mehr als etwa 30 Tagen haben.“

Da TESS die meisten Himmelsabschnitte nur 27 Tage lang beobachtet, ist es darauf ausgerichtet, Planeten zu erkennen, die in diesem Zeitraum zwei Transite abschließen, was bedeutet, dass es wahrscheinlich Planeten in der Nähe ihrer Sterne findet. Und diese Planeten werden bestimmt heiß sein; zu heiß für flüssiges Wasser oder für das Leben.

Diese Grafik von Exoplaneten von exoplanets.org zeigt links eine Ansammlung von Exoplaneten-Erkennungen, die Exoplaneten darstellen, die groß und auch nahe an ihren Sternen sind. Bildnachweis: exoplanets.org

Die Kepler-Mission war ähnlich, und wenn Sie besuchen Exoplaneten-Katalog der NASA , terrestrische Planeten wie die Erde machen einen winzigen Teil des Katalogs aus.

Aber in allen TESS-Daten versteckt sich die Erkennung einzelner Transite: Planeten, die zu weit von ihren Sternen entfernt sind, um zwei Transite zu vollenden, während TESS zuschaut. Diese Planeten sind weiter von ihren Sternen entfernt und kühler als die typischen heißen Planeten, die wir näher an ihren Sternen finden.

Das Astronomenteam der Warwick University entwickelt einen Weg, um einige dieser Planeten zu finden, die in den TESS-Daten verloren gegangen sind. Ihr erster Fund ist NGTS-11 b, auch TOI-1847 b genannt. Sie fanden es 2018 mit dem Next-Generation Transit Survey (NGTS) in Chile, nachdem sie 79 Nächte lang beobachtet und einen zweiten Transit entdeckt hatten.

„Durch die Verfolgung dieses zweiten Transits haben wir einen Planeten mit längerer Periode gefunden“, sagte Hauptautor Gill in a Pressemitteilung . „Es ist der erste von hoffentlich vielen solchen Funden, die auf längere Zeiträume drängen. Diese Entdeckungen sind selten, aber wichtig, da sie es uns ermöglichen, Planeten mit längerer Periode zu finden, als andere Astronomen finden. Planeten mit längerer Periode sind kühler, eher wie die Planeten in unserem eigenen Sonnensystem.“

NGTS-11 b umkreist einen etwa 620 Lichtjahre entfernten Stern. Er ist seinem Stern fünfmal näher als die Erde der Sonne und seine Umlaufbahn beträgt nur 35 Tage.

Co-Autor Dr. Daniel Bayliss von der University of Warwick sagte: „Dieser Planet befindet sich auf einer Umlaufbahn von 35 Tagen, was eine viel längere Zeit ist, als wir sie normalerweise vorfinden. Es ist aufregend, die Goldlöckchen-Zone vor unseren Augen zu sehen.“

„NGTS-11b hat eine Temperatur von nur 160°C – kühler als Merkur und Venus. Obwohl dies immer noch zu heiß ist, um Leben, wie wir es kennen, zu unterstützen, liegt es näher an der Goldlöckchen-Zone als viele zuvor entdeckte Planeten, die typischerweise Temperaturen über 1000°C aufweisen“, sagte Dr. Gill.

Diese Ergebnisse kommen von viel harter Arbeit. Zunächst musste TESS mindestens einen Transit ausmachen. Dann untersuchte das Team diesen einzelnen Transit, alle Aspekte des Sterns und alle Daten dazu. Als sie feststellten, dass der einzelne TESS-Transit ein tragfähiger Kandidat für die Weiterverfolgung war, wandten sie sich an die Umfrage zum Nahverkehr der nächsten Generation (NGTS) in Chile.

NGTS ist eine Anordnung von zwölf kleinen Roboterteleskopen, die entwickelt wurden, um Exoplaneten von Neptungröße oder kleiner um helle Sterne zu finden. Es kann Sterne monatelang überwachen und ist sehr präzise.

Die 12 NGTS-Teleskope in ihrem Gehege am Paranal-Observatorium in der chilenischen Atacama-Wüste. Bildquelle: G. Lambert.

Co-Autor Professor Pete Wheatley von der University of Warwick sagte: „Der ursprüngliche Transit tauchte nur einmal in den TESS-Daten auf, und es war die sorgfältige Detektivarbeit unseres Teams, die es uns ermöglichte, ihn ein Jahr später mit NGTS wiederzufinden. NGTS verfügt über zwölf hochmoderne Teleskope, was bedeutet, dass wir mehrere Sterne monatelang auf der Suche nach verlorenen Planeten überwachen können. Der Lichteinbruch des Transits ist nur 1% tief und tritt nur alle 35 Tage auf, wodurch er für andere Teleskope unerreichbar ist.“

Einzelne Transite sind in TESS-Daten üblich, und bevor sich das Team entschied, NGTS zu verwenden, um diesen zu untersuchen, mussten andere Möglichkeiten ausgeschlossen werden. Sie schlossen Dinge wie Asteroiden oder andere Anomalien aus. Sie durchsuchten auch Daten der ESA Gaia-Mission nach Erklärungen für den Helligkeitsabfall und suchte nach Dingen wie in der Nähe verdunkelnden Binärdateien. Keiner von denen konnte es erklären, also wandten sie sich erst dann an NGTS.

Sie beobachteten den Stern mit einem der zwölf Zielfernrohre von NGTS für insgesamt 79 Nächte und 105.642 Aufnahmen. Sie verwendeten einen Algorithmus, um all diese Daten zu durchkämmen und nach der richtigen Lichtkurve zu suchen, die einen zweiten Durchgang des vermuteten Exoplaneten signalisierte. In der Nacht zum 24. Oktober 2019 entdeckte NGTS es schließlich.

Eine Figur aus der Studie. Die Lichtkurve des von TESS entdeckten Transits ist oben und die Lichtkurve des von NGTS entdeckten Transits ist unten. Bildquelle: Gill et al., 2020.

Nachdem sie den zweiten Transit mit NGTS entdeckt hatten, wandten sie sich anderen Folgebeobachtungen zu. Sie verwendeten das Leonard-Euler-Teleskop der ESO und den HARPS-Spektrographen des 3,6-m-Teleskops der ESO, um Radialgeschwindigkeitsmessungen durchzuführen. All diese Daten schlossen einen massearmen Begleitstern als Ursache des Transits aus.

Nach einer detaillierten Analyse all dieser Daten konnten sie NGTS-11 b vollständiger charakterisieren. Er hat ungefähr die gleiche Größe und Masse wie Saturn. Es sind 0,81 Jupiterradien und 0,034 Jupitermassen. Im Vergleich zur Erde ist es mit etwa 160 Grad Celsius (320 F) immer noch heiß, aber viel kühler als Venus und Merkur.

Diese Figur aus dem Brief zeigt die Masse von NGTS-11 b im Verhältnis zu anderen Planeten. Die Punkte sind andere riesige Exoplaneten, die in TESS-Daten gefunden wurden. Jupiter, Saturn und Neptun sind als farbige Dreiecke dargestellt, NGTS-11 b mit einem roten Kreuz. Bildquelle: Gill et al., 2020.

„Es gibt Hunderte von einzelnen Transiten, die von TESS erkannt wurden und die wir mit dieser Methode überwachen werden.“

Dr. Samuel Gill, Hauptautor, University of Warwick

Diese Ergebnisse unterstreichen die Synergie zwischen Weltraumteleskopen wie TESS und flexibleren, kostengünstigeren Einrichtungen wie NGTS. Wie die Autoren in ihrem Forschungsbrief schreiben: „Die Strategie großer Investitionen in photometrische Follow-up mit Instrumenten wie NGTS ermöglicht dadurch eine effiziente Bestätigung von Single-Transit-Ereignissen, ohne den erheblichen Druck auf hochpräzise Radialgeschwindigkeitsinstrumente zu erhöhen. Dies unterstreicht die Leistungsfähigkeit von hochpräzisen bodengestützten photometrischen Einrichtungen bei der Aufdeckung längerfristiger Exoplaneten, die TESS allein nicht entdecken kann.“

Nach diesem Erfolg plant das Team, seine Methode zu nutzen, um in all diesen TESS-Daten noch mehr „verlorene“ Planeten zu finden.

„Es gibt Hunderte von einzelnen Transiten, die von TESS entdeckt wurden und die wir mit dieser Methode überwachen werden“, sagte Hauptautor Gill. „Dies wird es uns ermöglichen, kühlere Exoplaneten aller Größen zu entdecken, einschließlich Planeten, die denen in unserem eigenen Sonnensystem ähnlicher sind. Einige davon werden kleine Gesteinsplaneten in der Goldlöckchen-Zone sein, die kühl genug sind, um Ozeane mit flüssigem Wasser und potenziell außerirdisches Leben zu beherbergen.“

Mehr:

• Pressemitteilung: Die Wiederentdeckung der „verlorenen“ Welt ist ein Schritt zur Suche nach bewohnbaren Planeten
• Forschungsbrief: NGTS-11 b (TOI-1847 b): Ein durchlaufender warmer Saturn, der von einem TESS-Einzeldurchgangsereignis wiederhergestellt wurde
• Universum heute: Die NASA versprach mehr kleinere, erdgroße Exoplaneten. TESS liefert.