Astronomer finder beviser for en planet med en masse, der er næsten 13 gange større end Jupiter

I de seneste tre årtier, næsten 4, 000 planetlignende objekter er blevet opdaget, der kredser om isolerede stjerner uden for solsystemet (exoplaneter). Fra og med 2011, det var muligt at bruge NASAs Kepler-rumteleskop til at observere de første exoplaneter i kredsløb om unge binære systemer af to levende stjerner med brint stadig brændende i deres kerne.

Brasilianske astronomer har nu fundet det første bevis på eksistensen af ​​en exoplanet, der kredser om en ældre eller mere udviklet binær, hvor en af ​​de to stjerner er død. Resultaterne er netop blevet offentliggjort i Astronomisk Tidsskrift , udgivet af American Astronomical Society (AAS).

Leonardo Andrade de Almeida, første forfatter til artiklen, sagde, "Det lykkedes os at opnå ret solide beviser for eksistensen af ​​en gigantisk exoplanet med en masse næsten 13 gange Jupiters masse i et udviklet binært system. Dette er den første bekræftelse af en exoplanet i et system af denne art."

Almeida er i øjeblikket postdoc ved Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN), efter at have udført postdoktoral forskning ved University of São Paulo's Institute of Astronomy, Geofysik og atmosfæriske videnskaber (IAG-USP), hvor han blev overvåget af professor Augusto Damineli, medforfatter til undersøgelsen.

Variationer i eclipse timing (den tid det tager for hver af de to stjerner at formørke den anden) og omløbsperiode førte forskerne til at opdage exoplaneten i den udviklede binære kaldet KIC 10544976, beliggende i stjernebilledet Cygnus på den nordlige himmelhalvkugle.

"Variationer i omløbsperioden for en binær er på grund af gravitationel tiltrækning blandt de tre objekter, som kredser om et fælles massecenter, " sagde Almeida.

Variationer i omløbsperioden er ikke nok til at bevise eksistensen af ​​en planet i tilfælde af binære, imidlertid, fordi binære stjerners magnetiske aktivitet svinger periodisk, ligesom solens magnetfelt skifter polaritet hvert 11. år, med turbulens og antallet og størrelsen af ​​solpletter, der topper og derefter falder.

"Variationer i solens magnetiske aktivitet forårsager til sidst en ændring i dens magnetfelt. Det samme gælder for alle isolerede stjerner. I binære, disse variationer forårsager også en ændring i omløbsperiode på grund af det, vi kalder Applegate-mekanismen, " forklarede Almeida.

For at tilbagevise hypotesen om, at variationer i omløbsperioden for KIC 10544976 kun skyldtes magnetisk aktivitet, forskerne analyserede effekten af ​​variation i formørkelsestidspunktet og den magnetiske aktivitetscyklus af binærens levende stjerne.

KIC 10544976 består af en hvid dværg, en død, lavmassestjerne med høj overfladetemperatur, og en rød dværg, en levende (magnetisk aktiv) stjerne med en lille masse sammenlignet med solen og ringe lysstyrke på grund af lavt energiudbytte. De to stjerner blev overvåget af jordbaserede teleskoper mellem 2005 og 2017 og af Kepler mellem 2009 og 2013, producerer data minut for minut.

"Systemet er unikt, "Almeida sagde. "Intet lignende system har nok data til at lade os beregne omløbsperiodevariation og magnetisk cyklusaktivitet for den levende stjerne."

Ved at bruge Kepler-data, de var i stand til at estimere den magnetiske cyklus af den levende stjerne (rød dværg) baseret på hastigheden og energien af ​​blusser (store udbrud af elektromagnetisk stråling) og variabilitet på grund af pletter (områder med køligere overfladetemperatur og dermed mørke forårsaget af forskellige koncentrationer af magnetisk feltflux).

Analyse af dataene viste, at den røde dværgs magnetiske aktivitetscyklus varede 600 dage, hvilket er i overensstemmelse med de magnetiske cyklusser estimeret for isolerede stjerner med lav masse. Binærens omløbsperiode blev anslået til 17 år. "Dette tilbageviser fuldstændigt hypotesen om, at variation i omløbsperioden skyldes magnetisk aktivitet. Den mest plausible forklaring er tilstedeværelsen af ​​en gigantisk planet, der kredser om det binære, med en masse omkring 13 gange Jupiters masse, " sagde Almeida.

Dannelseshypoteser

Hvordan planeten, der kredser om binæren, blev dannet, er ukendt. En hypotese er, at den udviklede sig samtidig med de to stjerner for milliarder af år siden. Hvis så, det er en førstegenerations planet. En anden hypotese er, at den er dannet ud af den gas, der blev udstødt under den hvide dværgs død, gør det til en andengenerations planet.

Bekræftelse af dens status som enten en første- eller andengenerationsplanet og dens direkte detektion, når den kredser om det binære, kunne opnås ved hjælp af den nye generation af jordbaserede teleskoper med primærspejle på over 20 meter, inklusive Giant Magellan Telescope (GMT) installeret i Chiles Atacama-ørken. GMT forventes at se det første lys i 2024.

"Vi undersøger 20 systemer, hvor eksterne legemer kan vise gravitationseffekter, såsom KIC 10544976, og de fleste er kun observerbare fra den sydlige halvkugle. GMT vil gøre det muligt for os at opdage disse objekter direkte og få vigtige svar på dannelsen og udviklingen af ​​disse eksotiske miljøer, samt muligheden for liv der, " sagde Almeida.