En varm Jupiter, der kredser om en kølig stjerne

En planet observeret krydse foran, eller transit, en lavmassestjerne er blevet bestemt til at være på størrelse med Jupiter. Mens hundredvis af planeter på størrelse med Jupiter er blevet opdaget, der kredser om større sollignende stjerner, det er sjældent at se disse planeter kredse om værtsstjerner med lav masse, og opdagelsen kan hjælpe astronomer til bedre at forstå, hvordan disse gigantiske planeter dannes.

"Dette er kun den femte planet på størrelse med Jupiter, der passerer en lavmassestjerne, der er blevet observeret og den første med så lang en omløbsperiode, hvilket gør denne opdagelse virkelig spændende", sagde Caleb Cañas, hovedforfatter af papiret og en ph.d. studerende ved Penn State og NASA Earth and Space Science Fellow.

Oprindeligt opdaget af NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) rumfartøj, astronomer karakteriserede planetens masse, radius, og dens omløbsperiode ved hjælp af Habitable-zone Planet Finder (HPF), en astronomisk spektrograf bygget af et Penn State-hold og installeret på 10m Hobby-Eberly Telescope ved McDonald Observatory i Texas. Et papir, der beskriver forskningen, vises i september 2020-udgaven af Astronomisk Tidsskrift og er offentligt tilgængelig på arXiv.

"En transitplanet på størrelse med Jupiter er modtagelig for yderligere observationer for at se, hvor godt kredsløbet er justeret med værtsstjernens spin-akse og for at begrænse, hvordan den kunne have dannet sig, sagde Cañas. Ydermere, værtsstjernens lave masse og den lange omløbsperiode resulterer i en Jupiter med en moderat temperatur sammenlignet med lignende planeter opdaget med NASAs Kepler-rumteleskop."

Værtsstjernen, TOI-1899, er en lavmassestjerne (M dværg) omkring 419 lysår væk fra Jorden. Planeten, TOI-1899 b, er to tredjedele af Jupiters masse, ti procent større i radius end Jupiter, og er 0,16 astronomiske enheder (AU) - et mål defineret som afstanden mellem Jorden og solen - fra dens værtsstjerne, således at et helt år på TOI-1899 kun tager 29 jorddage. Til sammenligning, de fire andre transiterende planeter i Jupiter-størrelse omkring sammenlignelige stjerner fuldfører deres kredsløb på mindre end 4 dage.

Planeten blev opdaget af TESS ved hjælp af transitmetoden, som søger efter stjerner, der viser periodiske fald i deres lysstyrke som et afslørende tegn på et objekt i kredsløb, der krydser foran stjernen og blokerer en del af dens lys. Signalet blev senere bekræftet som en planet ved hjælp af præcisionsobservationer fra HPF-spektrografen, der måler planetens masse ved at analysere, hvordan den får værten til at slingre.

Fra et dannelses- og orbital-evolutionsperspektiv, der er ikke en klar skillelinje mellem varme Jupiters og de store planeter endnu tættere på deres værtsstjerner, de mere almindeligt opdagede varme Jupiters.

"Varme Jupitere som TOI-1899 b kredser overraskende tæt på deres stjerne, " sagde Rebekah Dawson, assisterende professor i astronomi og astrofysik ved Penn State og forfatter til papiret. "Selvom planetens omløbsperiode er lang sammenlignet med mange andre gigantiske planeter, der er opdaget og karakteriseret gennem transitmetoden, det placerer stadig den gigantiske planet meget tættere på sin stjerne, end vi ville forvente fra klassiske dannelsesteorier. Detaljeret karakterisering af deres fysiske og orbitale egenskaber, systemarkitektur, og værtsstjerner - som HPF-holdet har gjort for TOI-1899 b - giver os mulighed for at teste teorier for, hvordan kæmpeplaneter kan dannes eller forskydes så tæt på deres stjerne."

Habitable-zone Planet Finder blev leveret til 10m Hobby Eberly Telescope ved McDonald Observatory i slutningen af ​​2017, og startede fuld videnskabelig operation i slutningen af ​​2018. HPF er designet til at detektere og karakterisere planeter i Habitable-zonen – området omkring stjernen, hvor en planet kunne opretholde flydende vand på sin overflade – omkring nærliggende M-dværgstjerner, men er også i stand til at foretage følsomme målinger for planeter uden for den beboelige zone.

"Denne varme Jupiter er et overbevisende mål for atmosfærisk karakterisering med kommende missioner som James Webb Space Telescope, " sagde Suvrath Mahadevan, professor i astronomi og astrofysik ved Penn State, hovedforskeren af ​​HPF-spektrografen, og en forfatter til avisen. "HPF var afgørende for at hjælpe os med at bekræfte dette, men at opdage en anden transit er vigtig for meget præcist at fastlægge dens periode."

Ud over data fra HPF, yderligere data blev opnået med 3,5 m-teleskopet ved Kitt Peak National Observatory (KPNO) i Arizona og 3m Shane-teleskopet ved Lick Observatory til højkontrastbilleddannelse og fotometriske observationer med 0,9 m WIYN-teleskopet ved KPNO, 0,5 m ARCSAT-teleskop ved Apache Point Observatory, og 0,43 m teleskopet ved Richard S. Perkin Observatory i New York.