Timing af skyggen af ​​en potentielt beboelig ekstrasolar planet baner vejen for at søge efter fremmed liv

En gruppe forskere fra National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), universitetet i Tokyo, og Astrobiology Center blandt andre har observeret transit af en potentielt jordlignende ekstrasolplanet kendt som K2-3d ved hjælp af MuSCAT-instrumentet på Okayama Astrophysical Observatory 188-cm teleskop. En transit er et fænomen, hvor en planet passerer foran sin moderstjerne, blokerer en lille mængde lys fra stjernen, som en skygge af planeten. Mens transitter tidligere er blevet observeret for tusindvis af andre ekstrasolare planeter, K2-3d er vigtigt, fordi der er en mulighed for, at det kan rumme udenjordisk liv.

Ved at observere dens transit præcist ved hjælp af den næste generation af teleskoper, såsom TMT, forskere forventer at være i stand til at søge i planetens atmosfære for molekyler relateret til liv, såsom ilt.

Med kun de tidligere observationer af rumteleskop, imidlertid, forskere kan ikke beregne planetens omløbsperiode præcist, hvilket gør det vanskeligere at forudsige de nøjagtige tidspunkter for fremtidige transitter. Det er lykkedes denne forskergruppe at måle planetens omløbsperiode med en høj præcision på omkring 18 sekunder. Dette forbedrede i høj grad prognosenøjagtigheden for fremtidige transittider. Så nu vil forskere vide præcis, hvornår de skal holde øje med transitterne ved hjælp af den næste generation af teleskoper. Dette forskningsresultat er et vigtigt skridt hen imod søgen efter udenjordisk liv i fremtiden.

K2-3d

K2-3d er en ekstrasolar planet omkring 150 lysår væk, som blev opdaget af NASA K2-missionen (Kepler-teleskopets "andet lys") (Note 1). K2-3ds størrelse er 1,5 gange Jordens størrelse. Planeten kredser om sin værtsstjerne, som er halvt så stor som Solen, med en periode på omkring 45 dage. Sammenlignet med Jorden, planeten kredser tæt på sin værtsstjerne (ca. 1/5 af afstanden Jord-Sol). Men, fordi værtsstjernens temperatur er lavere end solens, beregninger viser, at det er den rigtige afstand til, at planeten har et relativt varmt klima som Jordens. Der er en mulighed for, at flydende vand kunne eksistere på planetens overflade, øger den fristende mulighed for udenjordisk liv.

K2-3ds kredsløb er justeret således, at set fra Jorden, den passerer (passerer foran) sin værtsstjerne. Dette forårsager, kort, periodiske fald i stjernens lysstyrke, da planeten blokerer noget af stjernens lys. Denne justering gør det muligt for forskere at undersøge den atmosfæriske sammensætning af disse planeter ved præcis måling af mængden af ​​blokeret stjernelys ved forskellige bølgelængder.

Omkring 30 potentielt beboelige planeter, der også har transitbaner, blev opdaget af NASA Kepler-missionen, men de fleste af disse planeter kredser svagere, fjernere stjerner. Fordi den er tættere på Jorden, og dens værtsstjerne er lysere, K2-3d er en mere interessant kandidat til detaljerede opfølgende undersøgelser (se figur 2). Lysstyrkefaldet af værtsstjernen forårsaget af transit af K2-3d er lille, kun 0,07 pct. Imidlertid, det forventes, at den næste generation af store teleskoper (note 2) vil være i stand til at måle, hvordan dette fald i lysstyrken varierer med bølgelængden, muliggør undersøgelser af sammensætningen af ​​planetens atmosfære. Hvis der eksisterer udenjordisk liv på K2-3d, forskere håber at være i stand til at opdage molekyler relateret til det, såsom ilt, i atmosfæren.

MuSCAT Observationer og Transit Ephemeris Forbedringer

Omløbsperioden for K2-3d er omkring 45 dage. Da K2-missionens undersøgelsesperiode kun er 80 dage for hvert himmelområde, forskere kunne kun måle to transitter i K2-dataene. Dette er ikke tilstrækkeligt til at måle planetens omløbsperiode præcist, så når forskere forsøger at forudsige tidspunkterne for fremtidige transitter, at skabe noget, der kaldes en "transit efemeris, " der er usikkerheder i de forudsagte tider. Disse usikkerheder vokser sig større, efterhånden som de forsøger at forudsige længere ud i fremtiden. Derfor, tidlige yderligere transitobservationer og justeringer af efemerien var påkrævet, før forskerne mistede overblikket over transitten. På grund af vigtigheden af ​​K2-3d, Spitzer Space Telescope observerede to transitter kort efter planetens opdagelse, bringer det samlede antal til fire transitmål. Imidlertid, tilføjelsen af ​​selv en enkelt transitmåling længere ude i fremtiden kan bidrage til at give en væsentligt forbedret efemeri.

Ved at bruge Okayama 188-cm Reflector Telescope og det seneste observationsinstrument MuSCAT, holdet observerede en transit af K2-3d for første gang med et jordbaseret teleskop. Selvom et fald i lysstyrken på 0,07 % er tæt på grænsen for, hvad der kan observeres med jordbaserede teleskoper, MuSCATs evne til at observere tre bølgelængdebånd samtidig forbedrede dens evne til at detektere transit. Ved at genanalysere dataene fra K2 og Spitzer i kombination med denne nye observation, forskere har i høj grad forbedret præcisionen af ​​efemerien, at bestemme planetens omløbsperiode til inden for omkring 18 sekunder (1/30 af den oprindelige usikkerhed). Denne forbedrede transit-ephemeris (figur 3) sikrer, at når den næste generation af store teleskoper kommer online, de ved præcis, hvornår de skal holde øje med transit. Disse forskningsresultater hjælper således med at bane vejen for fremtidige undersøgelser af udenjordisk liv.

Fremtidigt arbejde

NASA K2-missionen vil fortsætte indtil mindst februar 2018, og forventes at opdage flere potentielt beboelige planeter som K2-3d. Desuden, K2's efterfølger, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), vil blive lanceret i december 2017. TESS vil overvåge hele himlen i to år, og forventes at opdage hundredvis af små planeter som K2-3d nær vores solsystem. At karakterisere en 'Anden Jord' ved hjælp af næste generation af store teleskoper, det vil være vigtigt at måle planeternes efemerider og egenskaber med yderligere transitobservationer ved hjælp af mellemstore jordbaserede teleskoper. Holdet vil fortsætte med at bruge MuSCAT til forskning relateret til den fremtidige søgen efter udenjordisk liv.