Skarbnica gazowych gigantów na szerokich orbitach może zapewnić wgląd w nasz własny Układ Słoneczny – Świat Fizyki

Skarbnica gazowych gigantów na szerokich orbitach może zapewnić wgląd w nasz własny Układ Słoneczny – Świat Fizyki

Znacznik czasu: 6 lutego 2024 r. 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="Tropienie egzoplanet Faith Hawthorn i Sam Gill w Obserwatorium Marsh na kampusie Uniwersytetu w Warwick. (Dzięki uprzejmości: Uniwersytet w Warwick)”> Faith Hawthorn i Sam Gill
Tropienie egzoplanet Faith Hawthorn i Sam Gill w Obserwatorium Marsh na kampusie Uniwersytetu w Warwick. (Dzięki uprzejmości: Uniwersytet w Warwick)

W danych z NASA odkryto rzadki i cenny zbiór egzoplanet tranzytujących na orbitach długookresowych Tranzytowy satelita do badania egzoplanet (TESS). Ponieważ w katalogach egzoplanet dominują światy krótkookresowe blisko swojej gwiazdy, ci kandydaci na dłuższe okresy zapewniają coś innego: w szczególności wgląd w chłodniejsze planety.

„Jedną z największych granic nauki o egzoplanetach jest przesuwanie się ku tak długim okresom porównywalnym z okresami w Układzie Słonecznym” – mówi Wiara Hawthorn, doktorantka ostatniego roku Uniwersytetu im University of Warwick który kierował ustaleniami.

Egzoplanety z dłuższym okresem tranzytu są mniej prawdopodobne niż te bliżej siebie i będą to robić rzadziej, przez co będą trudniejsze do odkrycia. Hawthorn i jej zespół byli w stanie obejść ten problem, wykorzystując sposób, w jaki TESS obserwuje niebo. TESS spędza rok (lub „cykl”) obserwując jedną połowę sfery niebieskiej, zanim w następnym roku przejdzie na drugą połowę. W cyklach 1 i 3 badał niebo południowe, a w cyklach 2 i 4 niebo północne. Podczas każdego cyklu niebo jest dzielone na sektory, które TESS spędza 27 dni obserwując, zanim przejdzie do następnego sektora. W związku z tym TESS zwykle faworyzuje wykrywanie planet z okresami orbitalnymi krótszymi niż 10 dni.

Za pomocą algorytmu napisanego przez drugiego autora Sama Gilla, również z Warwick, grupa Hawthorna przeszukała dane z cykli 1 i 3, obejmujące południowe niebo niebieskie, w poszukiwaniu planet, które tranzytowały dwukrotnie, raz w każdym cyklu. Nazywają je „duotranzytami” i wystrzegają się postrzeganej mądrości czekania na obserwację co najmniej trzech tranzytów w celu potwierdzenia okresu orbitalnego.

Algorytm początkowo wybrał 2000 potencjalnych duotransitów i po sprawdzeniu ich naocznie zespół Hawthorna zawęził liczbę do 85. Dwadzieścia pięć z nich pojawiło się już w analizie danych TESS przeprowadzonej przez inne zespoły, ale 60 było zupełnie nowych. Wszystkie wydają się być gazowymi olbrzymami, z których najmniejszy ma 2.67 promienia Ziemi i wszystkie wymagają potwierdzenia poprzez pomiary prędkości radialnej w celu określenia ich masy.

Kuszące tranzyty

„Nasza technika wykorzystuje sposób, w jaki działa TESS” – mówi Hawthorn Świat Fizyki. „Inne techniki, takie jak mikrosoczewkowanie i astrometria, zwykle mają udział w większości technik długookresowych, ale dla nas ważne jest to, że jeśli mamy planetę w tranzycie, możemy również wykonać spektroskopię transmisyjną, aby przyjrzeć się jej atmosferze”.

Spektroskopia tranzytowa polega na pomiarze śladu atmosfery planetarnej na świetle gwiazdy, gdy światło to jest filtrowane przez atmosferę w drodze do nas. Cząsteczki w atmosferze planety pozostawiają ciemne linie absorpcyjne w widmie gwiazdy, informując nas o składnikach tej atmosfery. Spektroskopia tranzytowa jest obecnie często wykonywana na światach krótkookresowych, ale możliwość wykonania jej dla światów o dłuższym okresie nie pojawia się często.

„Jeśli naprawdę chcemy zrozumieć, jak atmosfery egzoplanet – i same egzoplanety – różnią się od atmosfer w Układzie Słonecznym, musimy zbadać egzoplanety o dłuższym okresie czasu” – mówi Diana Dragomir, astronom z Uniwersytetu w Nowym Meksyku. Chociaż Dragomir nie była zaangażowana w badania Hawthorna, była częścią zespołu, który to odkrył dwa długookresowe duotransity w danych TESS w 2023 r., który odkrył także setki kandydatów na egzoplanety, wykorzystując algorytm do wykrywania pojedynczych tranzytów, które zostały pominięte w przypadku konwencjonalnych technik wielokrotnych tranzytów.

„Uważam, że w danych TESS wciąż istnieje wiele pojedynczych i duotranzytów, które pozostają nieodkryte” – mówi Dragomir Świat Fizyki. „Myślę, że dzięki ulepszeniu algorytmów znajdziemy wiele takich rozwiązań w nadchodzących latach”.

Niezwykli kandydaci

Światy kandydujące do Hawthorna mają okresy orbitalne wahające się od 20 do 700 dni, chociaż określenie ich dokładnego okresu jest niemożliwe na podstawie zaledwie dwóch tranzytów. Większość orbituje wokół standardowych gwiazd typu F, G i K (nasze Słońce jest gwiazdą typu G, gwiazdy typu F są nieco gorętsze, a typu K nieco chłodniejsze), ale kilka wyróżnia się jako inne.

„Miło było, że w ramach tego, co znaleźliśmy, zaobserwowaliśmy kilka niezwykłych przypadków, ale zastrzeżenie jest takie, że na razie są to tylko kandydaci” – mówi Hawthorn.

Jeden z układów, oznaczony jako TIC-221915858, zawiera gorącą gwiazdę typu A (temperatura powierzchni 9200°C w porównaniu z 5500°C Słońca), która byłaby najgorętszą gwiazdą znalezioną przez TESS i zawierającą planetę.

Innym kandydatem jest TOI-709, który obejmuje zwartą, wyewoluowaną „gorącą gwiazdę podkarłowatą”, która zaczęła tracić masę po fazie czerwonego olbrzyma i jest na drodze do przekształcenia się w białego karła. Kolejny niezidentyfikowany tranzyt i możliwa gwiazda towarzysząca zamąciły wody.

„To naprawdę dziwne” – mówi Hawthorn. „Właściwie jest mało prawdopodobne, aby była to planeta, ale zdecydowaliśmy się zachować ją w próbce, ponieważ jest niezwykle interesująca i niezwykła. Z naszego punktu widzenia patrząc na dane, przeszedł on wszystkie nasze testy weryfikacyjne. Ale dzieje się tam coś naprawdę dziwnego.”

Podobny do Układu Słonecznego

Jeśli astronomowie mają nadzieję znaleźć szerszy zakres planet podobnych do tych w naszym Układzie Słonecznym, a nie tylko tych, które krążą blisko swoich gwiazd, wówczas kluczowe znaczenie ma zastosowanie bardziej niekonwencjonalnych technik.

„Wszyscy w pewnym sensie przyzwyczaili się” do czekania na co najmniej trzy tranzyty, mówi Dragomir. „Być może jako społeczność powinniśmy stać się bardziej otwarci na to, jakie właściwości są naprawdę potrzebne – a jakie nie – aby nowa egzoplaneta została uznana za taką”.

Jeśli odkrycia zaczną się pojawiać, gdy zaawansowane algorytmy wykryją w danych więcej planet długookresowych ukrytych, astronomowie będą mogli przeprowadzić analizy statystyczne, aby lepiej zrozumieć, jak powszechna jest architektura układów planetarnych, takich jak nasz Układ Słoneczny.

„Chciałbym wiedzieć, jak powszechne są one w porównaniu z bliższymi planetami” – mówi Dragomir. „Aby dokonać tej oceny, potrzebujemy tak dużej próbki planet o dłuższym okresie, jak to możliwe”.

O odkryciu doniesiono w Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki