Næsten 80 exoplanetkandidater identificeret på rekordtid

Forskere ved MIT og andre steder har analyseret data fra K2, opfølgningsmissionen til NASAs Kepler-rumteleskop, og har opdaget en skare af mulige exoplaneter blandt omkring 50, 000 stjerner.

I en avis, der vises online i dag i Astronomisk Tidsskrift , forskerne rapporterer opdagelsen af ​​næsten 80 nye planetariske kandidater, inklusive en særlig fremtræden:en sandsynlig planet, der kredser om stjernen HD 73344, som ville være den lyseste planetvært nogensinde opdaget af K2-missionen.

Planeten ser ud til at kredse om HD 73344 hver 15. dag, og baseret på mængden af ​​lys, som den blokerer, hver gang den passerer foran sin stjerne, forskere vurderer, at planeten er omkring 2,5 gange så stor som Jorden og 10 gange så massiv. Det er sandsynligvis også utrolig varmt, med en temperatur et sted i området 1, 200 til 1, 300 grader Celsius, eller omkring 2, 000 grader Fahrenheit - omkring temperaturen på lava fra en vulkan i udbrud.

Planeten ligger i en relativt tæt afstand på 35 parsecs, eller omkring 114 lysår fra Jorden. I betragtning af dens nærhed og det faktum, at den kredser om en meget lys stjerne, videnskabsmænd mener, at planeten er en ideel kandidat til opfølgende undersøgelser for at bestemme dens atmosfæriske sammensætning og andre egenskaber.

"Vi tror, ​​at det nok mere ville være en mindre, varmere version af Uranus eller Neptun, " siger Ian Crossfield, en assisterende professor i fysik ved MIT, der ledede undersøgelsen sammen med kandidatstuderende Liang Yu.

Den nye analyse er også bemærkelsesværdig for den hastighed, hvormed den blev udført. Forskerne var i stand til at bruge eksisterende værktøjer udviklet på MIT til hurtigt at søge gennem grafer af lysintensitet kaldet "lyskurver" fra hver af de 50, 000 stjerner, som K2 overvågede i sine to seneste observationskampagner. De identificerede hurtigt planetkandidaterne og frigav oplysningerne til astronomisamfundet kun få uger efter, at K2-missionen gjorde rumfartøjets rådata tilgængelige. En typisk analyse af denne art tager mellem flere måneder og et år.

Crossfield siger, at en så hurtig planetsøgning gør det muligt for astronomer at følge op med jordbaserede teleskoper meget hurtigere, end de ellers ville. at give dem en chance for at få et glimt af planetariske kandidater, før Jorden passerer den pågældende del af himlen på vej rundt om solen.

En sådan hastighed vil også være en nødvendighed, når videnskabsmænd begynder at modtage data fra NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, som er designet til at overvåge nærliggende stjerner i 30-dages skår og i sidste ende vil dække næsten hele himlen.

"Når TESS-dataene kommer ned, der vil gå et par måneder, før alle stjernerne, som TESS kiggede på for den måned, 'satte' for året, " siger Crossfield. "Hvis vi hurtigt får kandidater ud til samfundet, alle kan straks begynde at observere systemer opdaget af TESS, og laver en masse fantastisk planetarisk videnskab. Så denne [analyse] var virkelig en generalprøve for TESS."

Fartfald

Holdet analyserede data fra K2's 16. og 17. observationskampagne, kendt som C16 og C17. Under hver kampagne K2 observerer en plet af himlen i 80 dage. Teleskopet er på en bane, der følger Jorden, mens den rejser rundt om solen. For de fleste andre kampagner, K2 har været i en "bagudvendt" orientering, hvor teleskopet observerer de stjerner, der i det væsentlige er i dets bakspejl.

Da teleskopet rejser bag Jorden, de stjerner, som den observerer, er typisk ikke observerbare af videnskabsmænd, før planeten cirkler tilbage omkring solen til den pågældende del af himlen, næsten et år senere. Dermed, til bagudvendte kampagner, Crossfield siger, at der har været ringe motivation til at analysere K2-data hurtigt.

C16 og C17 kampagnerne, på den anden side, var fremadvendte; K2 observerede de stjerner, der var foran teleskopet og inden for Jordens synsfelt, i hvert fald de næste mange måneder. Crossfield, Yu, og deres kolleger tog dette som en mulighed for at fremskynde den sædvanlige analyse af K2-data, at give astronomer en chance for hurtigt at observere planetariske kandidater, før Jorden passerede dem.

Under C16, K2 observeret 20, 647 stjerner over 80 dage, mellem 7. december, 2017, og 25. feb. 2018. Den 28. feb. missionen frigav dataene, i form af billeder på pixelniveau, til astronomisamfundet. Yu og Crossfield begyndte straks at gennemsøge dataene, ved hjælp af algoritmer udviklet på MIT til at vinde feltet fra 20, 000-nogle stjerner til 1, 000 stjerner af interesse.

Holdet arbejdede derefter i døgndrift, ser gennem disse 1, 000 stjerner ved øje for tegn på transit, eller periodiske dyk i stjernelys, der kunne signalere en forbipasserende planet. Til sidst, de opdagede 30 planetkandidater af "højeste kvalitet", hvis periodiske signaturer er særligt tilbøjelige til at være forårsaget af transitplaneter.

"Vores erfaring med fire års K2-data får os til at tro, at de fleste af disse faktisk er rigtige planeter, klar til at blive bekræftet eller statistisk valideret, " skriver forskerne i deres papir.

De identificerede også et lignende antal planetkandidater i den nylige C17-analyse. Ud over disse planetariske kandidater, gruppen udvalgte også hundredvis af periodiske signaler, der kunne være signaturer af astrofysiske fænomener, såsom pulserende eller roterende stjerner, og mindst en supernova i en anden galakse.

Stjerner i spar

Selvom en stjernes natur typisk ikke ændrer sig i løbet af et år, Crossfield siger jo hurtigere forskerne kan følge op på en mulig planetarisk transit, jo større chance er der for at bekræfte, at en planet faktisk eksisterer.

"Du ønsker at observere [kandidater] igen relativt snart, så du ikke mister transit helt, " siger Crossfield. "Du kan måske sige, 'Jeg ved, at der er en planet omkring den stjerne, men jeg er slet ikke længere sikker på, hvornår transitterne vil ske.' Det er endnu en motivation til at følge disse ting op hurtigere."

Siden holdet offentliggjorde sine resultater, astronomer har valideret fire af kandidaterne som konkrete exoplaneter. De har observeret andre kandidater, som undersøgelsen identificerede, inklusive den mulige planet, der kredser om HD 73344. Crossfield siger, at denne stjernes lysstyrke, kombineret med den hastighed, hvormed dens planetkandidat blev identificeret, kan hjælpe astronomer med hurtigt at finde ud af endnu mere specifikke funktioner i dette system.

"Vi fandt en af ​​de mest spændende planeter, som K2 har fundet i hele sin mission, og vi gjorde det hurtigere end nogen indsats har gjort før, " siger Crossfield. "Dette viser vejen frem for, hvordan TESS-missionen kommer til at gøre det samme i spar, over hele himlen, de næste mange år."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.