Astronomen vinden planeet Waterworld met diepe oceanen in de bewoonbare zone

Bij het zoeken naar exoplaneten volgen astronomen en astrobiologen over het algemeen een beleid van ‘het water volgen’. Dit komt door het zoeken naar planeten die rond de bewoonbare zone (HZ) van de ster draaien, waar de omstandigheden warm genoeg zijn om vloeibaar water op hun oppervlak te laten stromen. De reden is simpel: water is het enige bekende oplosmiddel dat in staat is om leven te ondersteunen en dat nodig is voor al het leven op aarde. Sinds de jaren zeventig speculeren wetenschappers echter dat er een klasse van rotsachtige planeten in ons universum kan zijn die volledig bedekt is met water.

Met de explosie van bevestigde exoplaneten wilden wetenschappers graag voorbeelden van dit type planeet vinden, dus bestudeerden ze ze nauwkeuriger. Dankzij een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Dr Instituut voor Exoplaneet Onderzoek (iREx) Aan de Universiteit van Montreal is onlangs een exoplaneet ontdekt die in een baan rond zijn HZ-systeem draait en volledig bedekt zou kunnen zijn in de diepe oceaan. Deze “oceaanwereld” (ook bekend als “waterwereld”) kan dingen onthullen over de aard van bewoning wanneer deze het onderwerp is van vervolgnotities met behulp van James Webb Ruimtetelescoop (JWST).

Het internationale team stond onder leiding van Charles Kedio, een Ph.D. Een student aan de Universiteit van Montreal en een lid van IREX. Hij werd vergezeld door een team van vijfenvijftig astronomen en astrofysici uit Canada, Frankrijk, de Verenigde Staten, Japan, Brazilië, Hongarije, Spanje, Zwitserland, Portugal, Duitsland en Rusland. Het team vertegenwoordigt organisaties zoals Harvard en Smithsonian Center for AstrophysicsDe Canada – Frankrijk – Hawaii telescoopDe Max Planck Instituut voor AstronomieNASA Ames Research Center, en NASA Instituut voor Exoplaneet Wetenschap (NExScI) en vele universiteiten en instituten.

Zoals ze uitleggen in hun krant, die op 12 augustus verscheen in Astrofysisch tijdschriftde planeet buiten het zonnestelsel (TOI-1452 b) draait in een dubbelstersysteem in Sterrenbeeld Draco Ongeveer 100 lichtjaar van de aarde. Het systeem bestaat uit twee M-sterren (rode dwergen) die dicht om elkaar heen draaien, op 97 astronomische eenheden (AU’s), of ongeveer twee en een half keer de afstand tussen de zon en Pluto. De mogelijkheid dat een exoplaneet in een baan om een ​​van deze sterren draait, werd oorspronkelijk gewaagd op basis van de verkregen gegevens Een satelliet oversteken om de buitenste planeten te onderzoeken (geit).

Op basis van TESS-gegevens merken astronomen op dat de exoplaneet elke 11 dagen een lichte afname in helderheid ervoer, waarbij wordt geschat dat zijn diameter ongeveer 70% groter is dan die van de aarde. Vervolgens voerden Cadiux en collega’s vervolgobservaties uit (een functie die routinematig wordt uitgevoerd door iREx) met behulp van Planètes Extrasolaires en Transition et en Occultation (PESTO) op een telescoop 1,6 meter in Observatoire du Mont-Mégantic (OMM) Onderdeel van de Universiteit van Montreal.

Vanwege hun lage helderheid en nabijheid verschenen de twee TOI-1452-sterren als een enkel lichtpunt wanneer ze door TESS werden waargenomen. De resolutie van PESTO is echter hoog genoeg om de twee objecten van elkaar te onderscheiden, en de verkregen beelden bevestigden dat een exoplaneet in een baan om TOI-1452 draaide. Daaropvolgende waarnemingen werden gedaan door een team van de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) met behulp van infrarood optische straling met een diameter van 8,2 meter. Subaru telescoop in Maunakea, Hawaï. als co-auteur René Doyoneen professor aan de Universiteit van Montreal en directeur van iREx en OMM uitgelegd bij IREX persbericht:

“Ik ben erg trots op deze ontdekking omdat het het hoge niveau van onze onderzoekers en onze instrumenten laat zien. Het is te danken aan OMM, een speciaal instrument ontworpen in onze laboratoria genaamd Spiro En een innovatieve analytische methode ontwikkeld door ons onderzoeksteam waarmee we deze unieke exoplaneet hebben kunnen ontdekken.”

“OMM heeft een belangrijke rol gespeeld bij het bevestigen van de aard van dit signaal en het inschatten van de straal van de planeet”, aldus Cadeaux. “Dit was geen routinecontrole. We moesten er zeker van zijn dat het door TESS gedetecteerde signaal inderdaad werd veroorzaakt door een exoplaneet in een baan rond TOI-1452, de twee grootste sterren in dat dubbelstersysteem.”

Na het bestaan ​​van een exoplaneet te hebben bevestigd en schattingen voor de grootte ervan te hebben verkregen, wendde het team zich tot SpectroPolarimètre Infra-Rouge van de Verenigde Naties Het instrument (SPIRou), een nabij-infrarood spectrofotometer geïnstalleerd op de telescoop van Canada, Frankrijk en Hawaï. SPIRou is grotendeels ontworpen in Canada en is bij uitstek geschikt voor het bestuderen van sterren met een lage massa, zoals de TOI-1452 binaire componenten, omdat ze veel helderder zijn in de infrarode golflengte. Desondanks kostte het meer dan 50 uur observatietijd om schattingen te maken van de massa van de planeet (bijna vijf keer de massa van de aarde).

De volgende grote uitdaging was data-analyse, die werd uitgevoerd met behulp van de door het onderzoek ontwikkelde lijn-voor-lijn (LBL) analytische methode. Etienne Artegau En de Neil Cook (ook met iREx). Hierdoor kon het team het zwakke signaal van een exoplaneet in de SPIRou-gegevens identificeren. Eindelijk, een Ph.D. de studenten Farbod Jahander En de Thomas Vandal Hij van de Universiteit van Montreal analyseerde de SPIRou-gegevens om meer te weten te komen over de samenstelling van de moederster, wat handig is om de interne structuur van de planeet te beperken. Op basis van hun schattingen van straal-, massa- en dichtheidsmetingen, veronderstelden astronomen dat TOI 1452 b waarschijnlijk een rotsachtige planeet is.

Deze zelfde schattingen leidden echter tot de conclusie dat TOI 1452 b bedekt zou kunnen zijn met een dikke laag water, vergelijkbaar met de grootste manen van Jupiter, Saturnus en andere ijzige lichamen in het buitenste zonnestelsel. Dit wordt ondersteund door interne modellering uitgevoerd door de Universiteit van Toronto Mikhailo Plotnikov En de Diana Valenciawat aangeeft dat water tot 30% van de massa van TOI 1452 b kan uitmaken, wat ook lijkt op satellieten zoals de manen Europea, Ganymedes en Callisto van Jupiter en de manen Titan, Dione en Enceladus van Saturnus.

In de afgelopen jaren hebben astronomen honderden soortgelijke exoplaneten ontdekt met stralen en massa’s tussen de aarde en Neptunus, maar waarvan de dichtheden aanzienlijk lager zijn. Dit geeft aan dat een groot deel van de massa van deze exoplaneten bestaat uit vluchtige stoffen zoals water, wat leidt tot de bijnaam “oceaanplaneten”. Zoals Cadiux uitlegde, is deze laatste ontdekking misschien wel de eerste planeet die ooit is ontdekt:

“TOI-1452 b is een van de beste kandidaten voor een oceaanplaneet die we tot nu toe hebben ontdekt. ​​De straal en massa wijzen op een veel lagere dichtheid dan je zou verwachten voor een planeet die voornamelijk uit metaal en gesteente bestaat, zoals de aarde.”

Gezien het feit dat TOI-1452 b binnen de HZ van de gastster draait, is het onwaarschijnlijk dat het een ijzig oppervlak heeft, wat betekent dat het oceanen van enkele kilometers diep zou kunnen hebben. Dit maakt TOI-1452 ba een ideale kandidaat voor verdere waarnemingen met JWST, aangezien het een van de weinige bekende gematigde planeten is die ook kenmerken van oceaanplaneten vertoont. De nabijheid van de aarde maakt het ook een goede kandidaat voor atmosferische karakterisering, zoiets web zeer bedreven in – zoals blijkt uit de tweemaal verkregen spectra van WASP-59 (de aanwezigheid van Water En de Kooldioxide).

Om het beter te maken, bevindt TOI-1452 zich in een gebied aan de hemel web Het kan het hele jaar door worden gevolgd, wat het ideaal maakt voor het bijhouden van aantekeningen. “Onze waarnemingen met behulp van de Webb-telescoop zullen essentieel zijn om TOI-1452 b beter te begrijpen”, zegt Doyon, die ook de hoofdonderzoeker is van Near Infrared Imaging and Notch Spectrometry (NIRISS), een CSA-bijdrage aan JWST. “Zo snel mogelijk zullen we tijd op het web reserveren om getuige te zijn van deze vreemde en wonderbaarlijke wereld.”

Diepgaande lezing: IREX