Schatzkammer von Gasriesen auf weiten Umlaufbahnen könnte Einblick in unser eigenes Sonnensystem geben – die Welt der Physik

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/treasure-trove-of-gas-giants-on-wide-orbits-could-provide-insight-into-our-own-solar-system-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/treasure-trove-of-gas-giants-on-wide-orbits-could-provide-insight-into-our-own-solar-system-physics-world-2.jpg" data-caption="Exoplaneten aufspüren Faith Hawthorn und Sam Gill am Marsh Observatory auf dem Campus der University of Warwick. (Mit freundlicher Genehmigung der University of Warwick)“>

In Daten der NASA wurde eine seltene und wertvolle Sammlung transitierender Exoplaneten auf langfristigen Umlaufbahnen entdeckt Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS)-Mission. Da Exoplanetenkataloge von kurzperiodischen Welten in der Nähe ihres Sterns dominiert werden, bieten diese längerperiodischen Kandidaten etwas anderes: nämlich Einblicke in kühlere Planeten.

„Eine der großen Grenzen der Exoplanetenwissenschaft besteht darin, auf diese langen Zeiträume vorzudringen, die mit denen im Sonnensystem vergleichbar sind“, sagt er Glaube Weißdorn, ein Doktorand im letzten Jahr an der University of Warwick wer leitete die Ergebnisse.

Bei Exoplaneten mit längerer Periode ist die Wahrscheinlichkeit eines Transits geringer als bei solchen, die näher beieinander liegen, und dies auch seltener, was es schwieriger macht, sie zu entdecken. Hawthorn und ihr Team konnten dieses Problem umgehen, indem sie sich die Art und Weise zunutze machten, wie TESS den Himmel überwacht. TESS verbringt ein Jahr (oder „Zyklus“) damit, eine Hälfte der Himmelssphäre zu beobachten, bevor es im folgenden Jahr zur anderen Hälfte übergeht. In den Zyklen 1 und 3 untersuchte es den Südhimmel und in den Zyklen 2 und 4 den Nordhimmel. Während jedes Zyklus wird der Himmel in Sektoren aufgeteilt, die TESS 27 Tage lang beobachtet, bevor es zum nächsten Sektor übergeht. Daher bevorzugt TESS in der Regel die Erkennung von Planeten mit Umlaufzeiten von weniger als 10 Tagen.

Mit Hilfe eines vom Zweitautor geschriebenen Algorithmus Sam Gil, ebenfalls aus Warwick, durchsuchte Hawthorns Gruppe die Daten aus den Zyklen 1 und 3, die den südlichen Himmelshimmel abdeckten, nach Planeten, die zweimal vorbeizogen, einmal in jedem Zyklus. Sie bezeichnen diese als „Duotransite“ und meiden die vermeintliche Weisheit, auf die Beobachtung von mindestens drei Transiten zu warten, um die Umlaufzeit zu bestätigen.

Der Algorithmus wählte zunächst 2000 potenzielle Duotransite aus, und nachdem Hawthorns Team diese per Augenschein überprüft hatte, grenzte er die Zahl auf 85 ein. 60 davon waren bereits bei der Analyse der TESS-Daten durch andere Teams aufgetaucht, aber 2.67 waren brandneu. Alle scheinen Gasriesen zu sein, wobei der kleinste einen XNUMX-fachen Erdradius hat, und alle bedürfen einer Bestätigung durch Radialgeschwindigkeitsmessungen, um ihre Masse zu bestimmen.

Verlockende Transite

„Unsere Technik nutzt die Funktionsweise von TESS aus“, erklärt Hawthorn Physik-Welt. „Andere Techniken wie Mikrolinsen und Astrometrie tragen tendenziell zu den meisten Langzeitbeobachtungen bei, aber für uns ist es wichtig, dass man bei Transitplaneten auch Transmissionsspektroskopie durchführen kann, um deren Atmosphäre zu untersuchen.“

Bei der Transitspektroskopie wird der Einfluss einer Planetenatmosphäre auf das Licht eines Sterns gemessen, während dieses Licht auf seinem Weg zu uns durch die Atmosphäre gefiltert wird. Moleküle in der Atmosphäre eines Planeten hinterlassen dunkle Absorptionslinien im Spektrum eines Sterns und verraten uns die Bestandteile dieser Atmosphäre. Transitspektroskopie wird heute oft auf kurzperiodischen Welten durchgeführt, aber die Möglichkeit, sie auf Welten mit längerer Periode durchzuführen, hat sich nicht oft ergeben.

„Wenn wir wirklich verstehen wollen, wie sich die Atmosphären von Exoplaneten – und die Exoplaneten selbst – im Vergleich zu denen im Sonnensystem verhalten, müssen wir diese Exoplaneten mit längerer Periode untersuchen“, sagt er Diana Dragomir, ein Astronom an der University of New Mexico. Obwohl Dragomir nicht an Hawthorns Studie beteiligt war, war sie Teil eines Teams, das die Entdeckung machte zwei Langzeit-Duotransits in TESS-Daten im Jahr 2023 und entdeckte auch Hunderte von Exoplanetenkandidaten, indem es einen Algorithmus einsetzte, um einzelne Transite zu erkennen, die mit herkömmlichen Multi-Transit-Techniken übersehen worden waren.

„Ich glaube, dass es in den TESS-Daten immer noch viele einzelne Transite und Duotransits gibt, die unentdeckt bleiben“, erzählt Dragomir Physik-Welt. „Ich denke, dass wir mit der Verbesserung der Algorithmen in den kommenden Jahren viele davon finden werden.“

Ungewöhnliche Kandidaten

Hawthorns Kandidatenwelten haben Umlaufzeiten zwischen 20 und 700 Tagen, obwohl es unmöglich ist, ihre genaue Periode anhand von nur zwei Transiten festzulegen. Die meisten Sterne umkreisen normale F-, G- und K-Typ-Sterne (unsere Sonne ist ein G-Typ-Stern, F-Typ-Sterne sind etwas heißer, K-Typ-Sterne etwas kühler), aber einige fallen auf, weil sie anders sind.

„Es war schön, dass wir in dem, was wir gefunden haben, ein paar ungewöhnliche Fälle gesehen haben, aber der Vorbehalt ist, dass sie vorerst nur Kandidaten sind“, sagt Hawthorn.

Ein System mit der Bezeichnung TIC-221915858 verfügt über einen heißen Stern vom Typ A (Oberflächentemperatur 9200 °C, verglichen mit 5500 °C auf der Sonne), der der heißeste Stern wäre, den TESS gefunden hat und der einen Planeten beherbergt.

Ein weiterer Kandidat ist TOI-709, bei dem es sich um einen kompakten, entwickelten „heißen Subzwergstern“ handelt, der nach seiner Roten-Riesen-Phase an Masse verliert und auf dem Weg ist, sich in einen Weißen Zwerg zu verwandeln. Ein weiterer unbekannter Transit und ein möglicher Begleitstern trüben die Lage.

„Das ist wirklich seltsam“, sagt Hawthorn. „Eigentlich ist es unwahrscheinlich, dass es sich um einen Planeten handelt, aber wir haben uns entschieden, ihn in der Probe zu belassen, weil er so interessant und ungewöhnlich ist. Aus unserer Sicht, wenn wir uns die Daten ansehen, hat es alle unsere Überprüfungstests bestanden. Aber da passiert etwas wirklich Seltsames.“

Ähnlich wie im Sonnensystem

Wenn Astronomen hoffen, ein breiteres Spektrum an Planeten wie denen in unserem Sonnensystem zu finden und nicht nur solche, die in der Nähe ihrer Sterne kreisen, dann ist der Einsatz unkonventionellerer Techniken von entscheidender Bedeutung.

„Irgendwie haben sich alle daran gewöhnt“, auf mindestens drei Transitfahrten zu warten, sagt Dragomir. „Vielleicht sollten wir als Gemeinschaft offener dafür werden, welche Eigenschaften wirklich benötigt werden – oder nicht –, damit ein neuer Exoplanet als solcher deklariert werden kann.“

Studie zeigt, dass die Zusammensetzung von Exoplaneten und ihren Sternen einen überraschenden Zusammenhang aufweist

Wenn sich die Entdeckungen häufen, während fortschrittliche Algorithmen weitere in den Daten verborgene Planeten mit langer Periode ausfindig machen, können Astronomen statistische Analysen durchführen, um ein besseres Gefühl dafür zu bekommen, wie häufig Architekturen von Planetensystemen wie unserem Sonnensystem vorkommen.

„Ich würde gerne wissen, wie häufig sie im Vergleich zu den näher gelegenen Planeten vorkommen“, sagt Dragomir. „Um diese Einschätzung vornehmen zu können, benötigen wir eine möglichst große Stichprobe längerperiodischer Planeten.“

Über die Entdeckung wird berichtet Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/treasure-trove-of-gas-giants-on-wide-orbits-could-provide-insight-into-our-own-solar-system/