Naukowcy dzięki misji TESS potwierdzili istnienie dwóch egzoplanet o najdłuższym dotychczas zaobserwowanym okresie orbitalnym.
Zespół naukowców dokonał odkrycia i potwierdzenia istnienia dwóch egzoplanet o najdłuższym dotychczas znanym okresie orbitalnym zaobserwowanym przez misję Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Te duże długookresowe egzoplanety krążą wokół karła typu K i są klasyfikowane jako ciepłe Jowisze. Ich okresy orbitalne wynoszą od 10 do 200 dni, a ich promień jest co najmniej sześciokrotnie większy od Ziemi. To fascynujące odkrycie otwiera perspektywy badań przyszłościowych w zakresie poszukiwania długookresowych planet podobnych do tych obecnych w naszym Układzie Słonecznym.
Wyniki badań dotyczących egzoplanet TOI-4600 b i TOI-4600 c zostaną opublikowane w przyszłym wydaniu czasopisma The Astrophysical Journal Letters. Odkrycie tych egzoplanet zostało dokonane na podstawie analizy danych fotometrycznych zebranych przez satelitę TESS. Następnie przeprowadzono obserwacje tych planet przy użyciu teleskopów naziemnych, które zapewniły lepszą rozdzielczość.
Strategia obserwacyjna przyjęta przez satelitę TESS polega na podziale każdej półkuli nieba na 13 sektorów, które są badane przez około 28 dni. Ta strategia zapewnia najbardziej wszechstronne przeszukiwanie całego nieba w poszukiwaniu planet tranzytujących. Dzięki temu podejściu udało się już wykryć zarówno duże, jak i małe planety krążące wokół różnych rodzajów gwiazd. W przypadku TOI-4600, gwiazda centralna jest pomarańczowym karłem, nieco mniejszym i chłodniejszym od Słońca.
Aby egzoplanety zostały wykryte przez Science Processing Operations Center (SPOC) i Quick Look Pipeline (QLP) w ramach obserwacji TESS, muszą przejść na tle swoich gwiazd macierzystych co najmniej dwa razy w ciągu okresu obserwacyjnego. Dane TESS są przetwarzane przez SPOC i QLP, które analizują odpowiednio 2-minutowe i 30-minutowe interwały czasowe. Ponieważ tylko 74% całego nieba jest obserwowane przez TESS przez okres 28 dni, większość wykrytych egzoplanet ma okresy orbitalne krótsze niż 40 dni.
Dlatego też odkrycie egzoplanet TOI-4600 b o okresie orbitalnym wynoszącym 82,69 dni (prawie trzy miesiące) oraz TOI-4600 c o okresie wynoszącym 482,82 dni (około 16 miesięcy) ma szczególne znaczenie. Ich długie okresy orbitalne sprawiają, że są one cennymi odkryciami.
Ismael Mireles z Uniwersytetu Nowego Meksyku, główny autor artykułu, wraz ze współpracownikami Dianą Dragomir, adiunktem na Wydziale Fizyki i Astronomii UNM, oraz współpracownikami z Massachusetts Institute of Technology i Uniwersytetu w Bernie, przeanalizowali dane w celu zmierzenia okresów i rozmiarów tych planet.
Po wykryciu początkowych tranzytów, Mireles i jego zespół musieli dokonać potwierdzenia, czy rzeczywiście obserwowane obiekty są planetami oraz ustalić, które gwiazdy są odpowiedzialne za sygnały. Narzędzia diagnostyczne TESS dostarczyły informacji, że sygnały pochodzące z tych konkretnych miejsc były prawidłowe. Dzięki udziałowi w programie obserwacyjnym TESS-Follow-up Observing Program (TFOP) Subgroup 1 (SG1), który jest globalną siecią astronomów profesjonalistów i amatorów z dostępem do małych i dużych teleskopów, naukowcy byli w stanie obserwować i potwierdzić tranzyty, co jednoznacznie wskazywało na istnienie planet.
Kolejnym istotnym aspektem, który Mireles wraz ze swoim zespołem musieli uwzględnić, były masy i rozmiary tych planet. Aby tego dokonać, zastąpili tradycyjne pomiary prędkości gwiazd obserwacją drgań gwiazdy macierzystej, które są spowodowane oddziaływaniem grawitacyjnym planety.
Naukowcy odkryli dwie planety w tym układzie. Wewnętrzna planeta, oznaczona jako TOI-4600 b, krąży wokół swojej gwiazdy z okresem 82,69 dni i ma promień siedmiokrotnie większy od Ziemi. Jej rozmiary mieszczą się pomiędzy rozmiarami Neptuna i Saturna. Planeta ta charakteryzuje się szacunkową temperaturą około 77°C, co czyni ją gorącą, ale wciąż chłodniejszą niż wiele innych planet odkrytych przez astronomów. Druga planeta w tym układzie, TOI-4600 c, ma promień około 9,5 razy większy od Ziemi, co oznacza, że jest mniej więcej taka sama wielkość jak Saturn. Pierwszy tranzyt tej planety został zaobserwowany podczas pierwszej obserwacji gwiazdy przez TESS, a drugi tranzyt miał miejsce prawie 3 lata później.
Gdy masz dwa tranzyty, masz pojęcie, jakie mogą być okresy. Może to być dzielące je 965 dni, połowa tego okresu, ⅓, ¼ itd. Krótsze okresy można wykluczyć, ponieważ TESS obserwował gwiazdę przez długi czas, więc pozostały tylko dwa okresy: 965 dni lub połowa tego okresu – wyjaśnił Mireles. Naukowcy skorzystali z modeli opracowanych przez współpracownika Hugh Osborna z Uniwersytetu w Birmie, aby porównać możliwe okresy orbitalne i określić, który z nich jest najbardziej prawdopodobny. Stwierdzili, że połowa z 965 dni, dokładnie 482,82 dnia, jest najbardziej prawdopodobnym okresem orbitalnym dla TOI-4600 c. Okres orbitalny TOI-4600 c wynoszący 482,82 dnia czyni ją planetą o najdłuższym okresie orbitalnym odkrytą do tej pory przez TESS. Dodatkowo, mając temperaturę około -79°C, jest to jedna z najzimniejszych planet znalezionych przez TESS.
Katharine Hesse, kierownik ds. TOI i weryfikacji w MIT, współpracowała z Mirelesem i jego zespołem przy analizie danych z TESS. Jej wkład polegał na przetworzeniu i przeanalizowaniu dużej ilości danych, a także na umieszczeniu układu TOI-4600 w kontekście innych odkrytych układów planetarnych, w tym tych, które zostały odkryte przez misje kosmiczne, takie jak TESS. Porównanie układu TOI-4600 z innymi odkrytymi układami egzoplanetarnymi ma znaczenie, ponieważ pomaga badaczom zrozumieć różne właściwości i procesy związane z formowaniem się układów planetarnych. Przez umieszczenie tego układu w szerszym kontekście układów egzoplanetarnych, naukowcy mogą lepiej zrozumieć, jak te układy ewoluują i jakie czynniki wpływają na ich tworzenie się.
Najważniejsze jest, aby kontynuować odkrywanie i pogłębianie wiedzy na temat procesu formowania się planet. Jak dotąd, na podstawie odkrytych egzoplanet, żaden z układów nie przypomina w pełni naszego Układu Słonecznego. To jest fascynujące, ponieważ chcemy dowiedzieć się więcej o różnych procesach formowania się planet. Obecnie mamy już ponad 5000 odkrytych egzoplanet, ale żaden z tych układów nie jest identyczny z naszym Układem Słonecznym. Dlatego chcemy zbadać, jak różne typy układów planetarnych ewoluowały i migrowały – powiedział Mireles.
Mireles i naukowcy są niezwykle zainteresowani tymi odkryciami ze względu na znalezienie dwóch olbrzymich planet o długim okresie obiegu. Taka konfiguracja układu planetarnego, w której występują dwie duże planety o tak długim okresie obiegu, nie jest często spotykana przez astronomów. Nawet w przypadku układu planetarnego z czterema olbrzymimi planetami o długim okresie obiegu lub jedną taką planetą, takie odkrycie jest wyjątkowe. Te wyniki skłaniają naukowców do dalszych dyskusji i zadawania pytań badawczych. Mireles podkreślił: Chcemy dowiedzieć się, jak te planety powstały? Czy w tym układzie istnieją inne planety? Czy to odkrycie może nam coś powiedzieć o wpływie tych olbrzymich planet na ewentualne mniejsze planety, które mogą się tam znajdować lub dlaczego ich tam nie ma? Istnieje wiele aspektów, o których chcemy się dowiedzieć, które mogą rzucić światło na proces formowania się planet.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Scientists detect and validate the longest-period exoplanet found with TESS
- TOI-4600 b and c: Two Long-period Giant Planets Orbiting an Early K Dwarf
Źródło: UNM
Na ilustracji: Wizja artystyczna dwóch egzoplanet w układzie TOI-4600. Źródło: University of New Mexico
