Astronomer opdager en pi-planet på størrelse med Jorden med en 3,14-dages kredsløb

I en dejlig kombination af astronomi og matematik, forskere ved MIT og andre steder har opdaget en "pi-jord" - en planet på størrelse med jorden, der lyner rundt om sin stjerne hver 3.14 dag, i en bane, der minder om den universelle matematikkonstant.

Forskerne opdagede signaler fra planeten i data taget i 2017 af NASA Kepler Space Telescopes K2-mission. Ved at nulstille systemet tidligere i år med SPECULOOS, et netværk af jordbaserede teleskoper, holdet bekræftede, at signalerne var fra en planet, der kredsede om sin stjerne. Og sandelig, planeten ser ud til stadig at kredse om sin stjerne i dag, med en pi-lignende periode, hver 3.14 dag.

"Planeten bevæger sig som et urværk, " siger Prajwal Niraula, en kandidatstuderende i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS), der er hovedforfatter på et papir offentliggjort i dag i Astronomisk Tidsskrift , med titlen:"π Earth:a 3,14-day Earth-sized Planet from K2's Kitchen Servered Warm by the SPECULOOS Team."

"Alle har brug for lidt sjov i disse dage, " siger medforfatter Julien de Wit, af både papirtitlen og opdagelsen af ​​selve pi-planeten.

Planetudvinding

Den nye planet er mærket K2-315b; det er det 315. planetariske system, der er opdaget inden for K2-data - kun ét system, der er tilbage for et endnu mere serendipitalt sted på listen.

Forskerne vurderer, at K2-315b har en radius på 0,95 af Jordens, gør den næsten på størrelse med jorden. Den kredser om en kølig, lavmassestjerne, der er omkring en femtedel af solens størrelse. Planeten kredser om sin stjerne hver 3,14 dag, med blæsende 81 kilometer i sekundet, eller omkring 181, 000 miles i timen.

Mens dens masse endnu ikke er bestemt, videnskabsmænd har mistanke om, at K2-315b er jordbaseret, ligesom Jorden. Men pi-planeten er sandsynligvis ikke beboelig, da dens tætte kredsløb bringer planeten tæt nok på sin stjerne til at varme dens overflade op til 450 kelvin, eller omkring 350 grader Fahrenheit - perfekt, det viser sig, til bagning af egentlig tærte.

"Dette ville være for varmt til at være beboeligt i den almindelige forståelse af sætningen, " siger Niraula, der tilføjer, at spændingen omkring denne særlige planet, bortset fra dets associationer til den matematiske konstant pi, er, at det kan vise sig at være en lovende kandidat til at studere egenskaberne ved dens atmosfære.

"Vi ved nu, at vi kan mine og udvinde planeter fra arkivdata, og forhåbentlig vil der ikke være nogen planeter tilbage, især disse virkelig vigtige, der har stor indflydelse, " siger de Wit, som er adjunkt i EAPS, og medlem af MIT's Kavli Institut for Astrofysik og Rumforskning.

Niraula og de Wits MIT-medforfattere inkluderer Benjamin Rackham og Artem Burdanov, sammen med et team af internationale samarbejdspartnere.

Dykker i dataene

Forskerne er medlemmer af SPECULOOS, et akronym for The Search for habitable Planets EClipsing ULtra-COOl Stars, og opkaldt efter et netværk af fire 1-meter teleskoper i Chiles Atacama-ørken, som scanner himlen over den sydlige halvkugle. Seneste, netværket tilføjede et femte teleskop, som er den første, der er placeret på den nordlige halvkugle, opkaldt Artemis - et projekt, der blev ledet af forskere ved MIT.

SPECULOOS-teleskoperne er designet til at søge efter jordlignende planeter i nærheden, ultracool dværge - små, svage stjerner, der giver astronomer en bedre chance for at få øje på en planet i kredsløb og karakterisere dens atmosfære, da disse stjerner mangler skær fra meget større, lysere stjerner.

"Disse ultracoole dværge er spredt over hele himlen, "Siger Burdanov. "Målrettede jordbaserede undersøgelser som SPECULOOS er nyttige, fordi vi kan se på disse ultracoole dværge en efter en."

I særdeleshed, astronomer ser på individuelle stjerner for tegn på transit, eller periodiske dyk i en stjernes lys, der signalerer en mulig planet, der krydser foran stjernen, og kortvarigt blokerer dets lys.

Tidligere i år, Niraula stødte på en kølig dværg, lidt varmere end den almindeligt accepterede tærskel for en ultracool dværg, i data indsamlet af K2-kampagnen - Kepler-rumteleskopets anden observationsmission, som overvågede stykker af himlen, mens rumfartøjet kredsede om solen.

Over flere måneder i 2017, Kepler-teleskopet observerede en del af himlen, der omfattede den kølige dværg, mærket i K2-dataene som EPIC 249631677. Niraula finkæmmede denne periode og fandt omkring 20 fald i lyset fra denne stjerne, der så ud til at gentages hver 3.14 dag.

Holdet analyserede signalerne, test af forskellige potentielle astrofysiske scenarier for deres oprindelse, og bekræftede, at signalerne sandsynligvis var fra en transitplanet, og ikke et produkt af nogle andre fænomener såsom et binært system af to spiralformede stjerner.

Forskerne planlagde derefter at se nærmere på stjernen og dens kredsende planet med SPECULOOS. Men først, de skulle identificere et tidsvindue, hvor de ville være sikre på at nå en transit.

"At sømme den bedste nat til at følge op fra jorden er en lille smule vanskelig, " siger Rackham, som udviklede en prognosealgoritme til at forudsige, hvornår en transit næste gang kan finde sted. "Selv når du ser dette 3,14-dages signal i K2-dataene, det er der en usikkerhed om, som lægger sig sammen med hver bane."

Med Rackhams prognosealgoritme, gruppen indsnævredes flere nætter i februar 2020, hvor de sandsynligvis ville se planeten krydse foran dens stjerne. De pegede derefter SPECULOOS' teleskoper i retning af stjernen og var i stand til at se tre klare transitter:to med netværkets teleskoper på den sydlige halvkugle, og den tredje fra Artemis, på den nordlige halvkugle.

Forskerne siger, at den nye pi-planet kan være en lovende kandidat til at følge op med James Webb Space Telescope (JWST), for at se detaljer om planetens atmosfære. For nu, holdet kigger gennem andre datasæt, fra NASAs TESS-mission, og observerer også direkte himlen med Artemis og resten af ​​SPECULOOS-netværket, for tegn på jordlignende planeter.

"Der vil være flere interessante planeter i fremtiden, lige i tide til JWST, et teleskop designet til at undersøge atmosfæren i disse fremmede verdener, " siger Niraula. "Med bedre algoritmer, forhåbentlig en dag, vi kan lede efter mindre planeter, selv så lille som Mars."