TESS-missionen afslører sin første verden med to stjerner

I 2019, da Wolf Cukier afsluttede sit ungdomsår på Scarsdale High School i New York, han sluttede sig til NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som sommerpraktikant. Hans job var at undersøge variationer i stjernelysstyrke fanget af NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) og uploadet til Planet Hunters TESS borgervidenskabsprojekt.

"Jeg kiggede gennem dataene for alt, hvad de frivillige havde markeret som en formørkelsesbinær, et system, hvor to stjerner kredser om hinanden og fra vores syn formørker hinanden hver bane, " sagde Cukier. "Omkring tre dage inde i mit praktikophold, Jeg så et signal fra et system kaldet TOI 1338. Først troede jeg, at det var en stjerneformørkelse, men timingen var forkert. Det viste sig at være en planet."

TOI 1338 b, som det nu hedder, er TESS's første cirkumbinære planet, en verden, der kredser om to stjerner. Opdagelsen blev omtalt i en paneldebat mandag, 6. januar, ved det 235. møde i American Astronomical Society i Honolulu. Et papir, som Cukier var medforfatter til sammen med videnskabsmænd fra Goddard, San Diego State University, University of Chicago og andre institutioner, er indsendt til et videnskabeligt tidsskrift.

TOI 1338-systemet ligger 1, 300 lysår væk i stjernebilledet Pictor. De to stjerner kredser om hinanden hver 15. dag. Den ene er omkring 10 % mere massiv end vores sol, mens den anden er køligere, svagere og kun en tredjedel af Solens masse.

TOI 1338 b er den eneste kendte planet i systemet. Den er omkring 6,9 gange større end Jorden, eller mellem størrelserne Neptun og Saturn. Planeten kredser i næsten nøjagtig samme plan som stjernerne, så den oplever regelmæssige stjerneformørkelser.

TESS har fire kameraer, som hver tager et fuldformatbillede af en plet af himlen hvert 30. minut i 27 dage. Forskere bruger observationerne til at generere grafer over, hvordan stjernernes lysstyrke ændrer sig over tid. Når en planet krydser foran sin stjerne fra vores perspektiv, en begivenhed kaldet en transit, dens passage forårsager et tydeligt fald i stjernens lysstyrke.

Men planeter, der kredser om to stjerner, er sværere at opdage end dem, der kredser om én. TOI 1338 b's transitter er uregelmæssige, mellem hver 93. og 95. dag, og varierer i dybde og varighed takket være dens stjerners orbitale bevægelse. TESS ser kun transitterne krydse den større stjerne; transitterne af den mindre stjerne er for svage til at opdage.

"Det er den type signaler, som algoritmer virkelig kæmper med, " sagde hovedforfatter Veselin Kostov, en forsker ved SETI Institute og Goddard. "Det menneskelige øje er ekstremt godt til at finde mønstre i data, især ikke-periodiske mønstre som dem, vi ser i transit fra disse systemer."

Dette forklarer, hvorfor Cukier var nødt til visuelt at undersøge hver potentiel transit. For eksempel, han troede oprindeligt, at TOI 1338 b's transit var et resultat af, at den mindre stjerne i systemet passerede foran den større - begge forårsager lignende fald i lysstyrken. Men timingen var forkert for en formørkelse.

Efter at have identificeret TOI 1338 b, forskerholdet brugte en softwarepakke kaldet eleanor, opkaldt efter Eleanor Arroway, den centrale karakter i Carl Sagans roman "Kontakt, "for at bekræfte, at transitterne var reelle og ikke et resultat af instrumentelle artefakter.

"Gennem alle dets billeder, TESS overvåger millioner af stjerner, " sagde medforfatter Adina Feinstein, en kandidatstuderende ved University of Chicago. "Det er derfor, vores team skabte eleanor. Det er en tilgængelig måde at downloade, analysere og visualisere transitdata. Vi har designet det med planeter i tankerne, men andre medlemmer af samfundet bruger det til at studere stjerner, asteroider og endda galakser."

TOI 1338 var allerede blevet undersøgt fra jorden ved radial hastighedsundersøgelser, som måler bevægelse langs vores synslinje. Kostovs team brugte disse arkivdata til at analysere systemet og bekræfte planeten. Dens kredsløb er stabil i mindst de næste 10 millioner år. Banens vinkel til os, imidlertid, ændringer nok til, at planetens transit vil ophøre efter november 2023 og genoptage otte år senere.

NASAs Kepler- og K2-missioner har tidligere opdaget 12 cirkumbinære planeter i 10 systemer, alt ligner TOI 1338b. Observationer af binære systemer er præget af at finde større planeter, sagde Kostov. Gennemgange af mindre kroppe har ikke så stor effekt på stjernernes lysstyrke. TESS forventes at observere hundredtusindvis af formørkende binære filer under sin første to-årige mission, så mange flere af disse cirkumbinære planeter burde vente på opdagelse.