VLBA finder planeten i kredsløb lille, cool stjerne

Ved at bruge den superskarpe radio "vision" fra National Science Foundations kontinentdækkende Very Long Baseline Array (VLBA), astronomer har opdaget en planet på størrelse med Saturn, der kredser tæt om en lille, kølig stjerne 35 lysår fra Jorden. Dette er den første opdagelse af en ekstrasolar planet med et radioteleskop ved hjælp af en teknik, der kræver ekstremt præcise målinger af en stjernes position på himlen, og kun den anden planetopdagelse for den teknik og for radioteleskoper.

Teknikken har længe været kendt, men har vist sig at være svær at bruge. Det involverer sporing af stjernens faktiske bevægelse i rummet, derefter detektere en lille "slingre" i den bevægelse forårsaget af planetens gravitationseffekt. Stjernen og planeten kredser om et sted, der repræsenterer massecentret for begge kombineret. Planeten afsløres indirekte, hvis det sted, kaldet barycenteret, er langt nok fra stjernens centrum til at forårsage en slingre, der kan detekteres af et teleskop.

Denne teknik, kaldet den astrometriske teknik, forventes at være særlig god til at opdage Jupiter-lignende planeter i baner fjernt fra stjernen. Dette skyldes, at når en massiv planet kredser om en stjerne, slingren produceret i stjernen øges med en større adskillelse mellem planeten og stjernen, og i en given afstand fra stjernen, jo mere massiv planeten, jo større slingre produceres.

Starter i juni 2018 og fortsætter i halvandet år, astronomerne sporede en stjerne kaldet TVLM 513-46546, en kølig dværg med mindre end en tiendedel af vores sols masse. Ud over, de brugte data fra ni tidligere VLBA-observationer af stjernen mellem marts 2010 og august 2011.

Omfattende analyse af dataene fra disse tidsperioder afslørede en afslørende slingre i stjernens bevægelse, der indikerer tilstedeværelsen af ​​en planet, der i masse kan sammenlignes med Saturn, kredser om stjernen en gang hver 221. dag. Denne planet er tættere på stjernen end Merkur er på Solen.

Lille, seje stjerner som TVLM 513-46546 er den mest talrige stjernetype i vores Mælkevejsgalakse, og mange af dem har vist sig at have mindre planeter, sammenlignelig med Jorden og Mars.

"Kæmpe planeter, ligesom Jupiter og Saturn, forventes at være sjældne omkring små stjerner som denne, og den astrometriske teknik er bedst til at finde Jupiter-lignende planeter i brede baner, så vi var overraskede over at finde en lavere masse, Saturn-lignende planet i en relativt kompakt bane. Vi forventede at finde en mere massiv planet, ligner Jupiter, i en bredere bane, " sagde Salvador Curiel, fra Mexicos National Autonomous University. "Det var en stor udfordring at detektere kredsløbsbevægelserne af denne sub-Jupiter masse planetariske følgesvend i så kompakt en bane. " han tilføjede.

Mere end 4, 200 planeter er blevet opdaget, der kredser om andre stjerner end Solen, men planeten omkring TVLM 513-46546 er kun den anden, der findes ved hjælp af den astrometriske teknik. En anden, meget vellykket metode, kaldet radialhastighedsteknikken, afhænger også af planetens gravitationsvirkning på stjernen. Denne teknik registrerer stjernens lille acceleration, enten mod eller væk fra Jorden, forårsaget af stjernens bevægelse omkring barycentret.

"Vores metode supplerer metoden med radial hastighed, som er mere følsom over for planeter, der kredser i tætte baner, mens vores er mere følsomme over for massive planeter i kredsløb længere væk fra stjernen, " sagde Gisela Ortiz-Leon fra Max Planck Institute for Radio Astronomy i Tyskland. "Faktisk, disse andre teknikker har kun fundet nogle få planeter med egenskaber som planetmasse, orbital størrelse, og vært stjernemesse, ligner den planet, vi fandt. Vi mener, at VLBA, og astrometriteknikken generelt, kunne afsløre mange flere lignende planeter."

En tredje teknik, kaldet transitmetoden, også meget vellykket, registrerer den lille dæmpning af stjernens lys, når en planet passerer foran den, set fra Jorden.

Den astrometriske metode har været vellykket til at detektere nærliggende binære stjernesystemer, og blev anerkendt så tidligt som i det 19. århundrede som et potentielt middel til at opdage ekstrasolare planeter. I årenes løb, en række sådanne opdagelser blev annonceret, derefter undlod at overleve yderligere undersøgelse. Vanskeligheden har været, at stjernens slingre produceret af en planet er så lille set fra Jorden, at det kræver ekstraordinær præcision i positionsmålingerne.

"VLBA, med antenner adskilt med så meget som 5, 000 miles, forsynet os med den store opløsningskraft og ekstremt høje præcision, der er nødvendig for denne opdagelse, " sagde Amy Mioduszewski, fra National Radio Astronomy Observatory. "Ud over, forbedringer, der er blevet foretaget af VLBA's følsomhed, gav os den datakvalitet, der gjorde det muligt at udføre dette arbejde nu, " tilføjede hun.

Curiel, Ortiz-Leon, Mioduszewski, og Rosa Torres fra University of Guadalajara i Mexico, rapporterede deres resultater i Astronomisk Tidsskrift .