Skattekammer av gassgiganter i brede baner kan gi innsikt i vårt eget solsystem – Physics World

Skattekammer av gassgiganter i brede baner kan gi innsikt i vårt eget solsystem – Physics World

Tidsstempel: 6. februar 2024 8:30

<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="Spore opp eksoplaneter Faith Hawthorn og Sam Gill ved Marsh Observatory på University of Warwick campus. (Med tillatelse: University of Warwick)”> Faith Hawthorn og Sam Gill
Spore opp eksoplaneter Faith Hawthorn og Sam Gill ved Marsh Observatory på University of Warwick campus. (Med tillatelse: University of Warwick)

En sjelden og verdifull samling av transitterende eksoplaneter på langvarige baner har blitt oppdaget skjult i data fra NASAs Transitt Exoplanet Survey Satellite (TESS) oppdrag. Fordi eksoplanetkataloger er dominert av kortperiodeverdener nær stjernen deres, gir disse kandidatene for lengre perioder noe annet: spesifikt innsikt i kjøligere planeter.

"En av de store grensene for eksoplanetvitenskapen presser seg ut til disse lange periodene som kan sammenlignes med de i solsystemet," sier Faith Hawthorn, en sisteårs doktorgradsstudent ved University of Warwick som ledet funnene.

Eksoplaneter med lengre perioder har mindre sannsynlighet for å passere enn de som er nærmere, og vil gjøre det sjeldnere, noe som gjør dem vanskeligere å oppdage. Hawthorn og teamet hennes klarte å omgå dette ved å dra nytte av måten TESS undersøker himmelen på. TESS bruker et år (eller "syklus") på å observere den ene halvdelen av himmelsfæren, før den går over til den andre halvdelen året etter. I syklus 1 og 3 undersøkte den den sørlige himmelen, og i sykluser 2 og 4, den nordlige himmelen. I løpet av hver syklus deles himmelen inn i sektorer som TESS bruker 27 dager på å se på før de går videre til neste sektor. Følgelig favoriserer TESS vanligvis deteksjon av planeter med omløpsperioder kortere enn 10 dager.

Ved hjelp av en algoritme skrevet av andre forfatter Sam Gill, også fra Warwick, søkte Hawthorns gruppe dataene fra syklus 1 og 3, som dekker den sørlige himmelhimmelen, etter planeter som passerte to ganger, en gang i hver syklus. De omtaler disse som "duotransitter", og de unngår den oppfattede visdommen ved å vente med å observere minst tre transitter for å bekrefte omløpsperioden.

Algoritmen plukket først ut 2000 potensielle duotransitter, og etter å ha kontrollert disse med øyet, reduserte Hawthorns team dette til 85. 60 av disse hadde allerede dukket opp i analyse av TESS-dataene fra andre team, men 2.67 var helt nye. Alle ser ut til å være gassgiganter, med den minste XNUMX ganger jordens radius, og de krever alle bekreftelse ved radielle hastighetsmålinger for å bestemme massen deres.

Spennende transitter

"Teknikken vår utnytter måten TESS opererer på," forteller Hawthorn Fysikkens verden. "Andre teknikker, som mikrolinsing og astrometri, har en tendens til å bidra med det meste av de langvarige, men det viktige for oss er at hvis du har en transittplanet, kan du også utføre transmisjonsspektroskopi for å se på atmosfæren deres."

Transitspektroskopi innebærer å måle avtrykket av en planetatmosfære på en stjernes lys når lyset filtreres gjennom atmosfæren på vei til oss. Molekyler i en planets atmosfære etterlater mørke absorpsjonslinjer i en stjernes spektrum, og forteller oss komponentene i atmosfæren. Transitspektroskopi utføres nå ofte på kortperiodeverdener, men muligheten for å gjøre det for lengre perioder har ikke dukket opp ofte.

"Hvis vi virkelig ønsker å forstå hvordan atmosfærene til eksoplaneter – og selve eksoplanetene – sammenlignet med dem i solsystemet, er det disse lengre periodiske eksoplanetene vi må studere," sier Diana Dragomir, en astronom ved University of New Mexico. Selv om Dragomir ikke var involvert i Hawthorns studie, var hun en del av et team som oppdaget to langvarige duotransitter i TESS-data i 2023, og som også oppdaget hundrevis av eksoplanetkandidater ved å bruke en algoritme for å oppdage enkeltpassasjer som hadde blitt savnet av de konvensjonelle multitransitteknikkene.

"Jeg tror at det fortsatt er mange enkelttransitter og duotransitter i TESS-dataene som forblir uoppdagede," forteller Dragomir Fysikkens verden. "Jeg tror at med forbedrede algoritmer vil vi finne mange av dem i de kommende årene."

Uvanlige kandidater

Hawthorns kandidatverdener har omløpsperioder som varierer mellom 20 og 700 dager, selv om det er umulig å fastsette deres nøyaktige periode fra bare to transitter. De fleste går i bane av standard F-, G- og K-stjerner (solen vår er en G-stjerne, stjerner av F-typen er litt varmere, K-typen litt kjøligere), men noen få skiller seg ut.

"Det var hyggelig at vi så noen uvanlige tilfeller innenfor det vi fant, men forbeholdet er at de bare er kandidater for nå," sier Hawthorn.

Ett system, betegnet TIC-221915858, har en varm A-type stjerne (overflatetemperatur 9200 °C, sammenlignet med solens 5500 °C) som ville være den varmeste stjernen funnet av TESS for å være vert for en planet.

En annen kandidat er TOI-709, som involverer en kompakt, utviklet "varm underdvergstjerne" som har begynt å miste masse etter sin røde kjempefase og er på vei til å forvandle seg til en hvit dverg. En annen uidentifisert transitt og en mulig ledsagerstjerne gjørrete vannet.

"Det er en veldig merkelig en," sier Hawthorn. «Det er faktisk usannsynlig at det er en planet, men vi valgte å beholde den i prøven fordi den er så interessant og uvanlig. Fra vårt synspunkt når vi ser på dataene, besto den alle våre vetting-tester. Men det er noe veldig rart som skjer der.»

Ligner på solsystemet

Hvis astronomer håper å finne et bredere spekter av planeter som de i vårt solsystem og ikke bare de som går i bane nær stjernene deres, er det nøkkelen å omfavne mer ukonvensjonelle teknikker.

"Alle ble på en måte vant til" å vente på minst tre transitter, sier Dragomir. "Kanskje, som et samfunn, bør vi bli mer åpne for hvilke egenskaper som virkelig trengs - eller ikke - for at en ny eksoplanet skal bli erklært som sådan."

Hvis oppdagelsene begynner å øke etter hvert som avanserte algoritmer plukker ut flere langtidsplaneter som er skjult i dataene, vil astronomer kunne utføre statistiske analyser for å få en bedre følelse av hvor vanlige planetariske systemarkitekturer som vårt solsystem er.

"Jeg vil gjerne vite hvor vanlige de er i forhold til de nærmere planetene," sier Dragomir. "For å gjøre denne vurderingen trenger vi et så stort utvalg av planeter med lengre perioder som vi kan få."

Funnet er rapportert i Månedlige kunngjøringer fra Royal Astronomical Society.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden