A Super-Earth Ross 508b átsiklik a vörös törpe lakható zónán

Az első exobolygót a Subaru Strategic Program fedezte fel a Subaru Telescope (IRD-SSP) infravörös spektrográf IRD segítségével. Ez a Ross 508b bolygó egy szuperföld, amely körülbelül négyszer akkora, mint a Föld tömege, és lakható zónájának közelében található. Egy ilyen bolygó potenciálisan vizet tarthat a felszínén, és elsődleges célpontja lesz a jövőbeni megfigyeléseknek, amelyek igazolják az élet lehetőségét a kis tömegű csillagok körül.

A Napunkhoz hasonló csillag körül keringő óriásbolygó felfedezése óta az elmúlt években nagy előrehaladást elérő exobolygókutatás most a napunknál kisebb tömegű vörös törpékre fókuszál. A vörös törpék, amelyek galaxisunk csillagainak háromnegyedét teszik ki, és nagy számban találhatók Naprendszerünk közelében, kiváló célpontok a közelünkben lévő exobolygók megtalálásához. Az ilyen közeli exobolygók felfedezése, légkörük és felszíni rétegeik részletes megfigyelésével lehetővé teszi számunkra, hogy megvitassuk az élet jelenlétét vagy hiányát a naprendszerünktől nagyon eltérő környezetben.

A vörös törpék azonban nagyon halványak a látható fényben, mivel felületi hőmérsékletük alacsony, 4000 fok alatt. A látható fény spektrométereivel végzett korábbi bolygókutatások csak néhány bolygót észleltek a nagyon közeli vörös törpék körül, mint például a Proxima Centauri b. Különösen a 3000 fok alatti felszíni hőmérsékletű vörös törpék (a késői típusú vörös törpék) nem kerestek szisztematikusan bolygókat. A tranzitmódszer, amely a csillagok fényességében bekövetkező változásokat észleli, amikor egy bolygó elhalad egy csillag előtt, nem igényel annyi fotont, mint a spektroszkópiai Doppler-módszer, így a vörös törpék körüli bolygók tranzitmódszerrel történő felkutatása az elmúlt években előrehaladt. Az áthaladó bolygók keresése a TESS-szel (Transiting Exoplanet Survey Satellite) képes kimutatni a szárazföldi bolygókat a viszonylag nagy tömegű vörös törpék (korai vörös törpék) körül.

Bár a vörös törpék fontos célpontok az Univerzum életének tanulmányozása során, nehéz megfigyelni őket, mert túl halványak a látható fényben. A vörös törpék spektroszkópiai megfigyelésével kapcsolatos problémák megoldása érdekében régóta várták a bolygókutatást egy nagy pontosságú infravörös spektrográf segítségével, ahol a vörös törpék viszonylag fényesek. Például a nap fényessége 30 fényév távolságból látható fényben öt magnitúdó, infravörös fényben három magnitúdó. Másrészt a legfényesebb késői típusú vörös törpék látható fényben 19 magnitúdónál nagyon halványak, infravörösben viszont 11 magnitúdónál viszonylag fényesek.

A japán Astrobiológiai Központ sikeresen kifejlesztette az IRD-t (InfraRed Doppler műszer), a világ első nagy pontosságú infravörös spektrográfját 8 méteres osztályú teleszkópokhoz. A Subaru teleszkópra szerelt IRD képes észlelni a csillagok sebességének apró ingadozásait, körülbelül akkora, mint egy ember sétáló sebessége.

A tranzit módszerrel csak azokat a bolygókat lehet észlelni, amelyek pályája a látóvonal mentén fekszik, míg a Doppler-módszerrel a bolygók az égi síkhoz viszonyított tájolásától függetlenül. Azért is fontos módszer, mert meg tudja határozni egy bolygó “tömegét”.

Az IRD Subaru Stratégiai Program (IRD-SSP) a késői típusú vörös törpék körüli bolygók felkutatására 2019-ben indult. Ez az első szisztematikus kutatás a késői típusú vörös törpék körüli bolygók után, és egy nemzetközi projekt, amely körülbelül 100 hazai és nemzetközi részvételt foglal magában. kutatók. Az első két évben szűrési megfigyeléseket végeztek, hogy megtalálják a “stabil” alacsony zajszintű vörös törpéket, ahol még kisebb bolygók is észlelhetők. A vörös törpék nagy felszíni aktivitással rendelkeznek, mint a fáklyák, és ez a felszíni aktivitás változásokat okozhat a csillag látótávolságában még akkor is, ha nem léteznek bolygók. Ezért csak a stabil, alacsony felszíni aktivitású vörös törpék lehetnek célpontok a kis Föld-szerű bolygók keresésében.

Jelenleg a projekt körülbelül 50 ígéretes késői típusú vörös törpe intenzív megfigyelési szakaszában van, amelyeket gondosan választottak ki a szűrés során.

Az IRD-SSP által felfedezett első exobolygó körülbelül 37 fényévre van a Földtől, és a Ross 508 nevű vörös törpecsillag körül kering, amely a Nap tömegének egyötöde. Ez az első exobolygó, amelyet infravörös spektrométerrel végzett szisztematikus kereséssel fedeztek fel.

Annak igazolására, hogy a Ross 508 periodikus ingadozása valóban egy bolygónak köszönhető, az IRD-SSP csapata azonosította a csillagtevékenység számos mutatóját, amelyek téves pozitív eredményt adhatnak a bolygóról (pl. a csillagok fényességében és a kibocsátási vonalak formájában bekövetkező változások), és kimutatta, hogy ezen mutatók periódusa markánsan eltér a megfigyelt planetáris periódustól. Ez nehezebb feladat, mint a Doppler-módszer használata a tranzit módszerrel korábban közölt bolygójelöltek megerősítésére, de elengedhetetlen módszer a nem áthaladó bolygók kimutatásához.

Ennek a Ross 508b bolygónak a minimális tömege csak négyszerese a Földének. Átlagos távolsága központi csillagától a Föld-Nap távolság 0,05-szerese, és lakható zónájának belső szélén található. Érdekes módon a bolygónak valószínűleg elliptikus pályája van, ebben az esetben körülbelül 11 napos keringési periódussal lépne be a lakható zónába (1. és 2. ábra).

A lakható zónában lévő bolygók vizet tarthatnak a felszínükön, és kiköthetik az életet. A Ross 508b fontos célpontja lesz a jövőbeni megfigyeléseknek, amelyek a vörös törpék körül keringő bolygók lakhatóságának lehetőségét igazolják. A bolygó légkörében található molekulák és atomok spektroszkópiai megfigyelése szintén fontos, míg a jelenlegi teleszkópok a központi csillaghoz való közelsége miatt nem tudják közvetlenül leképezni a bolygót. A jövőben ez lesz az életkeresés egyik célja a 30 méteres osztályú távcsöveken keresztül.

Eddig mindössze három olyan bolygóról ismert, amely ilyen nagyon fényes csillagok körül kering, köztük a Proxima Centauri b. Az IRD-SSP várhatóan folytatja az új bolygók felfedezését.

A Ross 508b a szuper-Föld első sikeres detektálása csak közeli infravörös spektroszkópiával. Ezt megelőzően kis tömegű bolygók, például szuperföld észlelésekor a közeli infravörös megfigyelések önmagukban nem voltak elég pontosak, és a nagyon pontos vonallal történő ellenőrzés Ez a tanulmány azt mutatja, hogy csak az IRD-SSP képes észlelni a bolygókat, és egyértelműen bizonyítja az IRD-SSP előnyét abban, hogy nagy pontossággal képes keresni még a késői típusú vörös törpéket is. túl halvány ahhoz, hogy láthassuk. fény ahhoz, hogy érzékeljük” – mondja Dr. Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Telescope), a kutatási cikk vezető szerzője.

“14 év telt el az IRD fejlesztésének kezdete óta. Folytattuk fejlesztésünket és kutatásainkat abban a reményben, hogy pontosan olyan bolygót találunk, mint a Ross 508b. Ezt a felfedezést az IRD kiváló hangszeres teljesítménye, a Subaru Teleszkóp ünnepélyes megnyitója tette lehetővé, és a megfigyelések stratégiai kerete, amely lehetővé tette az intenzív és gyakori adatgyűjtést. Elkötelezettek vagyunk az új felfedezések mellett.” – mondja Bun’ei Sato professzor (Tokiói Technológiai Intézet), az IRD-SSP vezető kutatója.

Ezek az eredmények úgy jelentek meg, mint Harakawa és társai “A szuperföld, amely a lakható zóna belső széle körül kering az M4.5 törpe Ross 508 körül” A Japán Csillagászati ​​Társaság kiadványai 2022. június 30-án.