En ekstrasolar verden dækket af vand?

Et internationalt team af forskere ledet af Charles Cadieux, en ph.d. studerende ved Université de Montréal og medlem af Institute for Research on Exoplanets (iREx), har annonceret opdagelsen af ​​TOI-1452 b, en exoplanet, der kredser om en af ​​to små stjerner i et binært system placeret i Draco-konstellationen omkring 100 lys- år fra Jorden.

Exoplaneten er lidt større i størrelse og masse end Jorden og er placeret i en afstand fra sin stjerne, hvor dens temperatur hverken ville være for varm eller for kold til, at flydende vand kan eksistere på dens overflade. Astronomerne mener, at det kunne være en "havplanet", en planet fuldstændig dækket af et tykt lag vand, der ligner nogle af Jupiters og Saturns måner.

I en artikel offentliggjort i dag i The Astronomical Journal , beskriver Cadieux og hans team de observationer, der belyste arten og karakteristikaene af denne unikke exoplanet.

"Jeg er ekstremt stolt af denne opdagelse, fordi den viser den høje kaliber af vores forskere og instrumentering," sagde René Doyon, Université de Montréal professor og direktør for iREx og Observatoire du Mont-Mégantic (OMM). "Det er takket være OMM, et specielt instrument designet i vores laboratorier kaldet SPIRou, og en innovativ analysemetode udviklet af vores forskerhold, at vi var i stand til at opdage denne enestående exoplanet."

Det var NASAs rumteleskop TESS, som undersøger hele himlen i jagten på planetsystemer tæt på vores egne, der satte forskerne på sporet af denne exoplanet. Baseret på TESS-signalet, som viste et lille fald i lysstyrken hver 11. dag, forudsagde astronomer en planet, der var omkring 70 % større end Jorden.

Charles Cadieux tilhører en gruppe af astronomer, der udfører opfølgende observationer af kandidater identificeret af TESS for at bekræfte deres planettype og karakteristika. Han bruger PESTO, et kamera installeret på OMM's teleskop, som er udviklet af Université de Montréal professor David Lafrenière og hans ph.d. studerende François-René Lachapelle.

"OMM spillede en afgørende rolle i at bekræfte arten af ​​dette signal og estimere planetens radius," forklarede Cadieux. "Dette var ikke noget rutinetjek. Vi var nødt til at sikre os, at signalet detekteret af TESS virkelig var forårsaget af en exoplanet, der kredsede om TOI-1452, den største af de to stjerner i det binære system."

Værtsstjernen TOI-1452 er meget mindre end vores sol og er en af ​​to stjerner af samme størrelse i det binære system. De to stjerner kredser om hinanden og er adskilt af en så lille afstand – 97 astronomiske enheder, eller cirka to en halv gange afstanden mellem Solen og Pluto – at TESS-teleskopet ser dem som et enkelt lyspunkt. Men PESTOs opløsning er høj nok til at skelne de to objekter, og billederne viste, at exoplaneten kredser om TOI-1452, hvilket blev bekræftet gennem efterfølgende observationer af et japansk hold.

Opfindsomhed på arbejdet

For at bestemme planetens masse observerede forskerne derefter systemet med SPIRou, et instrument installeret på Canada-France-Hawaii-teleskopet i Hawai'i. SPIRou er for en stor dels vedkommende designet i Canada og er ideel til at studere stjerner med lav masse såsom TOI-1452, fordi den opererer i det infrarøde spektrum, hvor disse stjerner er klarest. Selv dengang tog det mere end 50 timers observation at estimere planetens masse, som menes at være næsten fem gange større end Jorden.

Forskerne Étienne Artigau og Neil Cook, også med iREx ved Université de Montréal, spillede en nøglerolle i at analysere dataene. De udviklede en kraftfuld analysemetode, der er i stand til at detektere planeten i de data, der er indsamlet med SPIRou. "LBL-metoden [for linje-for-linje] giver os mulighed for at rense de data, der er opnået med SPIRou, for mange parasitsignaler og afsløre den svage signatur af planeter som den, vores team opdagede," forklarede Artigau.

Holdet omfatter også Quebec-forskerne Farbod Jahandar og Thomas Vandal, to ph.d. studerende ved Université de Montréal. Jahandar analyserede værtsstjernens sammensætning, hvilket er nyttigt til at begrænse planetens indre struktur, mens Vandal var involveret i at analysere de data, der blev indsamlet med SPIRou.

En vandig verden

Exoplaneten TOI-1452 b er sandsynligvis stenet ligesom Jorden, men dens radius, masse og tæthed antyder en verden, der er meget anderledes end vores egen. Jorden er i bund og grund en meget tør planet; Selvom vi nogle gange kalder den den blå planet, fordi omkring 70 % af dens overflade er dækket af hav, udgør vand faktisk kun en ubetydelig brøkdel af dens masse – mindre end 1 %.

Vand kan være meget mere rigeligt på nogle exoplaneter. I de senere år har astronomer identificeret og bestemt radius og masse af mange exoplaneter med en størrelse mellem Jorden og Neptuns (ca. 3,8 gange større end Jorden). Nogle af disse planeter har en tæthed, der kun kan forklares, hvis en stor del af deres masse består af lettere materialer end dem, der udgør Jordens indre struktur, såsom vand. Disse hypotetiske verdener er blevet døbt "havplaneter."

"TOI-1452 b is one of the best candidates for an ocean planet that we have found to date," said Cadieux. "Its radius and mass suggest a much lower density than what one would expect for a planet that is basically made up of metal and rock, like Earth."

The University of Toronto's Mykhaylo Plotnykov and Diana Valencia are specialists in exoplanet interior modeling. Their analysis of TOI-1452 b shows that water may make up as much as 30% of its mass, a proportion similar to that of some natural satellites in our Solar System, such as Jupiter's moons Ganymede and Callisto, and Saturn's moons Titan and Enceladus.

To be continued…

An exoplanet such as TOI-1452 b is a perfect candidate for further observation with the James Webb Space Telescope, or Webb for short. It is one of the few known temperate planets that exhibit characteristics consistent with an ocean planet. It is close enough to Earth that researchers can hope to study its atmosphere and test this hypothesis. And, in a stroke of good fortune, it is located in a region of the sky that the telescope can observe year round.

"Our observations with the Webb Telescope will be essential to better understanding TOI-1452 b," said Doyon who overviewed the conception of James Webb's component NIRISS. "As soon as we can, we will book time on Webb to observe this strange and wonderful world."

The article "TOI-1452 b:SPIRou and TESS reveal a super-Earth in a temperate orbit transiting an M4 dwarf" was published in August 12 2022 on The Astronomical Journal . In addition to Charles Cadieux, René Doyon, Étienne Artigau, Neil Cook, Farbod Jahandar and Thomas Vandal at the Université de Montréal's iREx, the research team includes Nicolas B. Cowan (iREx, MSI, McGill, Canada); Björn Benneke, Stefan Pelletier and Antoine Darveau-Bernier (iREx, UdeM, Canada); Ryan Cloutier, former member of iREx (Harvard, U.S.); and co-authors from University of Toronto, France, Brazil, the United States, Japan, Spain, Switzerland, Portugal, Hungary, Germany, and Crimea. + Udforsk yderligere

New rare 'hot sub-Neptune' exoplanet discovered