Super-Earth Ross 508b skimmer den beboelige zone af rød dværg

Den første exoplanet er blevet opdaget af Subaru Strategic Program ved hjælp af den infrarøde spektrograf IRD på Subaru Telescope (IRD-SSP). Denne planet, Ross 508b, er en superjord med omkring fire gange jordens masse og er placeret nær den beboelige zone. En sådan planet kan muligvis fastholde vand på sin overflade og vil være et vigtigt mål for fremtidige observationer for at verificere muligheden for liv omkring stjerner med lav masse.

Forskning på exoplaneter, som har gjort store fremskridt i de senere år siden opdagelsen af ​​en kæmpeplanet omkring en stjerne, der ligner vores sol, fokuserer nu på røde dværge, som har lavere masse end vores sol. Røde dværge, som udgør tre fjerdedele af stjernerne i vores galakse og findes i stort antal i nærheden af ​​vores solsystem, er fremragende mål til at finde exoplaneter i vores nabolag. Opdagelsen af ​​sådanne nærliggende exoplaneter, med detaljerede observationer af deres atmosfærer og overfladelag, vil give os mulighed for at diskutere tilstedeværelsen eller fraværet af liv i miljøer, der er meget forskellige fra dem i vores solsystem.

Røde dværge er dog meget svage i synligt lys på grund af deres lave overfladetemperatur på under 4.000 grader. Tidligere planetsøgninger ved hjælp af spektrometre for synligt lys har kun fundet nogle få planeter omkring meget nærliggende røde dværge, såsom Proxima Centauri b. Især røde dværge med overfladetemperaturer under 3.000 grader (sen-type røde dværge) er ikke blevet systematisk søgt efter planeter. Transitmetoden, som registrerer ændringer i stjernernes lysstyrke, når en planet krydser foran en stjerne, kræver ikke så mange fotoner som den spektroskopiske Doppler-metode, så søgningen efter planeter omkring røde dværge ved hjælp af transitmetoden er gået frem i de senere år . Transitplanetsøgninger med TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) kan detektere terrestriske planeter omkring relativt tunge røde dværge (røde dværge af tidlig type).

Selvom røde dværge er vigtige mål for at studere livet i universet, er de svære at observere, fordi de er for svage i synligt lys. For at løse de vanskeligheder, der er forbundet med spektroskopiske observationer af røde dværge, har man længe ventet på en planetarisk søgning ved hjælp af en højpræcisionsspektrograf i det infrarøde, hvor røde dværge er relativt lyse. For eksempel er Solens lysstyrke set fra 30 lysårs afstand fem størrelsesorden i synligt lys og tre størrelsesorden i infrarødt lys. På den anden side er de letteste røde dværge af den sene type meget svage i synligt lys ved 19 størrelsesorden, men relativt lyse i det infrarøde ved 11 størrelsesorden.

Astrobiology Center i Japan har med succes udviklet IRD (InfraRed Doppler instrument), verdens første højpræcisions infrarøde spektrograf til 8 meter klasse teleskoper. IRD monteret på Subaru-teleskopet kan detektere små slingrer i en stjernes hastighed, omtrent hastigheden af ​​en person, der går.

Transitmetoden kan kun detektere planeter, hvis baner er langs sigtelinjen, hvorimod Doppler-metoden kan detektere planeter uanset deres orientering i forhold til himmelplanet. Det er også en vigtig metode, idet den kan bestemme "massen" af en planet.

IRD Subaru Strategic Program (IRD-SSP) til at søge efter planeter omkring røde dværge af sen type startede i 2019. Dette er den første systematiske planetsøgning omkring røde dværge af sen type og er et internationalt projekt, der involverer omkring 100 indenlandske og internationale forskere. I løbet af de første to år blev der foretaget screeningsobservationer for at finde "stabile" røde dværge med lav støj, hvor selv små planeter kan detekteres. Røde dværge har høj overfladeaktivitet, såsom udbrud, og denne overfladeaktivitet kan forårsage ændringer i stjernens synslinjehastighed, selvom der ikke eksisterer nogen planeter. Derfor er kun stabile røde dværge med lav overfladeaktivitet mål i jagten på små jordlignende planeter.

I øjeblikket er projektet i fasen med intensiv observation af omkring 50 lovende sen-type røde dværge, som blev nøje udvalgt gennem screeningen.

Den første exoplanet opdaget af IRD-SSP er placeret omkring 37 lysår væk fra Jorden, omkring en rød dværgstjerne kaldet Ross 508, som er en femtedel af solens masse. Dette er den første exoplanet, der er opdaget ved en systematisk søgning ved hjælp af et infrarødt spektrometer.

For at bekræfte, at den periodiske slingre af Ross 508 faktisk skyldes en planet, identificerede IRD-SSP-holdet adskillige indikatorer for stjerneaktivitet, der kunne producere en falsk positiv af en planet (f.eks. ændringer i stjernernes lysstyrke og form af en eller anden emission linjer) og viste, at perioden for disse indikatorer er tydeligt forskellig fra den observerede planetperiode. Dette er en vanskeligere opgave end at bruge Doppler-metoden til at bekræfte planetariske kandidater, der tidligere er rapporteret af transitmetoden, men det er en vigtig metode til at detektere ikke-transiterende planeter.

Denne planet, Ross 508b, har en minimumsmasse på kun omkring fire gange Jordens. Dens gennemsnitlige afstand fra dens centrale stjerne er 0,05 gange Jord-sol-afstanden, og den er placeret i den inderste kant af den beboelige zone. Interessant nok vil planeten sandsynligvis have en elliptisk bane, i hvilket tilfælde den ville krydse ind i den beboelige zone med en omløbsperiode på omkring 11 dage (figur 1 og 2).

Planeter i den beboelige zone kan tilbageholde vand på deres overflader og kan rumme liv. Ross 508b vil være et vigtigt mål for fremtidige observationer for at verificere muligheden for beboelighed på planeter omkring røde dværge. Spektroskopiske observationer af molekyler og atomer i planetatmosfæren er også vigtige, mens de nuværende teleskoper ikke direkte kan afbilde planeten på grund af dens nærhed til den centrale stjerne. I fremtiden vil det være et af målene for livseftersøgninger med 30 meter klasseteleskoper.

Indtil nu har kun tre planeter været kendt for at kredse om sådanne stjerner med meget lav masse, inklusive Proxima Centauri b. IRD-SSP forventes at fortsætte med at opdage nye planeter.

"Ross 508b er den første vellykkede påvisning af en super-Jord ved kun at bruge nær-infrarød spektroskopi. Før dette, i påvisningen af ​​lavmasseplaneter såsom super-Jorden, var nær-infrarøde observationer alene ikke nøjagtige nok, og verifikation ved højpræcisions-sigtelinje-hastighedsmålinger i synligt lys var nødvendigt. Denne undersøgelse viser, at IRD-SSP alene er i stand til at detektere planeter, og demonstrerer klart fordelen ved IRD-SSP i dets evne til at søge med en høj præcision selv for røde dværge af den sene type, der er for svage til at kunne observeres med synligt lys," siger Dr. Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Telescope), hovedforfatteren af ​​opdagelsespapiret.

"Der er gået 14 år siden starten på IRD's udvikling. Vi har fortsat vores udvikling og forskning med håbet om at finde en planet nøjagtig som Ross 508b. Denne opdagelse blev muliggjort af IRD's høje instrumentelle ydeevne, den store blændeåbning i Subaru Telescope, og den strategiske ramme af observationer, der muliggjorde intensiv og hyppig dataindsamling. Vi er forpligtet til at gøre nye opdagelser." siger professor Bun'ei Sato (Tokyo Institute of Technology), den primære efterforsker af IRD-SSP.

Disse resultater fremkom som Harakawa et al. "En superjord, der kredser nær den indre kant af den beboelige zone omkring M4.5-dværgen Ross 508" i Publications of the Astronomical Society of Japan den 30. juni 2022. + Udforsk yderligere

Super-Earth exoplanet, der kredser om nærliggende stjerne opdaget