Naukowcy z NASA odkrywają gigantyczną planetę podobną do Jowisza w danych NASA TESS

Tom Jacobs z Bellevue w stanie Waszyngton uwielbia poszukiwać skarbów. Od 2010 roku były oficer Marynarki Wojennej USA brał udział w internetowych projektach wolontariatu, które umożliwiają wszystkim zainteresowanym – „obywatelskim naukowcom” – oglądanie NASA Dane teleskopowe dla oznak egzoplanet i planet poza naszym Układem Słonecznym.

Teraz Jacobs pomógł odkryć gigantyczną planetę gazową, znajdującą się około 379 lat świetlnych od Ziemi, krążącą wokół gwiazdy o tej samej masie co Słońce. ten JowiszTa planeta o rozmiarach jest wyjątkowa dla astronomów, ponieważ jej rok 261 dni jest długi w porównaniu z wieloma gazowymi gigantami znanymi poza naszym Układem Słonecznym. Wynik wskazuje również, że planeta jest nieco dalej od swojej gwiazdy Wenus ze słońca. Wyniki zostały opublikowane w Czasopismo astronomiczne Został on zaprezentowany na wirtualnym wydarzeniu prasowym Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego 13 stycznia.

Wykrycie i określenie rozmiaru i masy tej planety wymagało znaczącej współpracy między profesjonalnymi astronomami a naukowcami obywatelskimi, takimi jak Jacobs. powiedział Paul Dalba, astronom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside i główny autor książki badawczej.

„Odkrycie i opublikowanie TOI-2180 b było wielkim wysiłkiem zespołowym, aby wykazać, że zawodowi astronomowie i doświadczeni naukowcy mogą z powodzeniem współpracować” – powiedział Jacobs. „To synergia w najlepszym wydaniu”.

Jak doszło do odkrycia?

Sygnatura nowo odkrytej planety była ukryta w danych z satelity do badań tranzytowych egzoplanet NASA lub on-koza. Korzystając z danych TESS, naukowcy poszukują zmian w jasności pobliskich gwiazd, które mogą wskazywać na obecność planet na orbicie.

Jacobs należy do grupy naukowców-obywateli, którzy w poszukiwaniu nowych planet przyglądają się fragmentom danych TESS, pokazujących zmiany jasności gwiazdy w czasie. Podczas gdy zawodowi astronomowie używają algorytmów do automatycznego skanowania dziesiątek tysięcy punktów danych z gwiazd, ci naukowcy obywatele używają programu o nazwie LcTools, stworzonego przez Alana R. Schmitta do badania danych z teleskopu na oko. Właśnie dlatego Jacobs Group, w skład której wchodzi kilku naukowców i dwóch doświadczonych astronomów, nazywa się Optical Survey Group. Wielu z nich spotkało się podczas pracy nad Planet Hunters, obywatelskim projektem naukowym finansowanym przez NASA za pośrednictwem Zooniverse, który skupiał się na danych z sondy Kepler.

1 lutego 2020 r. Jacobs obserwował mapę pokazującą światło gwiazd z TOI-2180 ciemniejsze o mniej niż pół procenta, a następnie powrócił do poprzedniego poziomu jasności w ciągu 24 godzin, co można wytłumaczyć krążącą wokół niego planetą. Mówi się, że „przecina”, ponieważ z naszego punktu widzenia przechodzi przed gwiazdą. Mierząc ilość światła słabnącego w miarę przechodzenia planety, naukowcy mogą oszacować rozmiar planety i, oprócz innych pomiarów, także jej gęstość. Ale tranzyty można zobaczyć tylko wtedy, gdy gwiazda i jej planeta znajdują się w jednej linii z teleskopami, na które patrzysz.

Tom Jacobs, obywatel-naukowiec, który współpracuje ze specjalistami w poszukiwaniu egzoplanet na terenie Obserwatorium High Haleakala na Hawajach. Źródło: Tom Jacobs

Wykres przedstawiający światło gwiazd w czasie nazywany jest „krzywą jasności”. Grupa zajmująca się skanowaniem wizualnym ostrzegła dwóch współpracujących profesjonalnych naukowców – Paula Dalpę z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside i Dianę Dragomir, profesora nadzwyczajnego z Uniwersytetu Nowego Meksyku – że ta krzywa jasności może być intrygująca.

„Dzięki temu nowemu odkryciu przesuwamy również granice typów planet, które możemy wydobyć z obserwacji TESS” – powiedział Dragomir. „TESS nie został specjalnie zaprojektowany do znajdowania egzoplanet o tak długiej orbicie, ale nasz zespół, z pomocą naukowców obywatelskich, mimo to wydobywa ten rzadki klejnot”.

Algorytmy komputerowe używane przez profesjonalnych astronomów do wyszukiwania planet są projektowane przez identyfikację wielu zdarzeń tranzytowych z jednej gwiazdy. Dlatego kontrola wizualna naukowców obywatelskich jest bardzo przydatna, gdy dostępny jest tylko jeden tranzyt. Ponieważ jest to jedyny przypadek przyciemnienia gwiazdy TOI-2180 b w tym zestawie danych, nazywa się to „zdarzeniem pojedynczego przejścia”.

„Ręczny wysiłek, jaki włożyli, jest naprawdę ważny i naprawdę imponujący, ponieważ naprawdę trudno jest napisać kod, który może przejść przez milion krzywych jasności i niezawodnie zidentyfikować pojedyncze zdarzenia transmisji” – powiedział Dalba. „To jeden obszar, w którym ludzie wciąż pokonują kod”.

Ale w jaki sposób zespół był w stanie wykluczyć inne wyjaśnienia krótkiego spadku w świetle gwiazd? Czy mogli być pewni, że znaleźli planetę? Będą potrzebować dalszych notatek.

Na szczęście Dalba był w stanie wykorzystać Automated Planet Finder Telescope w Lake Observatory w Kalifornii. „Używam tego teleskopu do pomiaru chybotania gwiazdy, aby określić, jak masywna jest ta planeta, jeśli w ogóle jest planetą” – powiedział. Zespół badawczy wykorzystał również teleskop Keck I w Obserwatorium WM Kecka na Hawajach, aby wykonać niektóre z tych pomiarów, gdy Obserwatorium Licka było zagrożone pożarami.

Mając 27 godzin obserwacji trwających ponad 500 dni, Dalpa i jego koledzy zaobserwowali siłę grawitacyjną planety na gwiazdę, co pozwoliło im obliczyć masę planety i oszacować szereg możliwości jej orbity. Chcieli jednak obserwować tranzyt planety, kiedy wróciła, aby potwierdzić orbitę. Niestety znalezienie drugiego zdarzenia tranzytowego było trudne, ponieważ istnieje duża niepewność co do tego, kiedy planeta ponownie przekroczy twarz swojej gwiazdy.

Dalba lobbował i zorganizował kampanię obserwacyjną, która obejmowała zarówno zawodowych astronomów, jak i naukowców, korzystających z teleskopów w 14 lokalizacjach na trzech kontynentach w sierpniu 2020 r. Aby wesprzeć kampanię, Dalba zorganizował pięcionocny obóz w kalifornijskim Parku Narodowym Joshua Tree i wyszukał tranzyty z dwoma teleskopami Przenośny amator. Wspólny wysiłek przyniósł 55 zestawów danych w ciągu 11 dni.

Ostatecznie żaden z tych teleskopów nie wykrył planety z pewnością. Jednak brak wyraźnej detekcji w tym okresie położył kres długości orbity, co wskazuje na okres około 261 dni. Korzystając z tych szacunków, przewidzieli, że TESS zobaczy ponownie planetę przechodzącą przez swoją gwiazdę w lutym 2022 roku.

o planecie

TOI-2180 b jest trzy razy masywniejszy niż Jowisz, ale ma taką samą średnicę, co oznacza, że ​​jest gęstszy niż Jowisz. To sprawiło, że naukowcy zastanawiali się, czy powstał w inny sposób niż Jowisz.

Inną wskazówką dotyczącą składu planety może być to, co jest w środku. Dzięki modelom komputerowym ustalili, że nowa planeta może zawierać do 105 mas pierwiastków cięższych niż wodór i hel. „To dużo” — mówi Delba. – To więcej, niż myślimy, że znajduje się w Jowiszu.

Astronomowie wciąż muszą się wiele nauczyć o tej grupie planet. Potwierdzono około 4800 egzoplanet, ale uważa się, że w naszej galaktyce są miliardy planet. Nowe odkrycie wskazuje, że wśród planet olbrzymów niektóre zawierają cięższe pierwiastki niż inne.

W naszym Układzie Słonecznym gigantyczna planeta Jowisz krąży wokół Słońca co 12 lat; do Saturn, „rok” ma 29 lat. Nie mamy gigantycznych planet, takich jak TOI-2180 b między Ziemią a Słońcem. Ale poza Układem Słonecznym astronomowie odkryli dziesiątki egzoplanet, które są większe od Jowisza i krążą wokół swoich gwiazd znacznie bliżej niż Merkurego.

O średniej temperaturze około 170 stopni F, TOI-2180 b jest cieplejszy niż temperatura pokojowa na Ziemi i cieplejszy niż zewnętrzne planety naszego Układu Słonecznego, w tym Jowisza i Saturna. Jednak w porównaniu z grupą tranzytujących gigantycznych egzoplanet, które astronomowie odkryli, krążąc wokół innych gwiazd, TOI-2180 b jest nienormalnie chłodny.

„To świetny punkt wyjścia między większością gigantycznych egzoplanet, które znaleźliśmy, a naprawdę chłodnym Jowiszem i Saturnem” – powiedział Dalba.

Co wtedy

Kiedy TESS zauważył gwiazdę w lutym, Dalba i naukowcy obywatelscy byli podekscytowani możliwością uzyskania danych iz powrotem. Jeśli znajdą sygnaturę planety, która potwierdza okres 261 dni, nada to większe znaczenie danym z ich globalnego świata. kampanii, aby go znaleźć w 2020 roku.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który został wystrzelony 25 grudnia, prawdopodobnie będzie obserwował planetę i jej atmosferę. Ale jest jeszcze jeden powód, dla którego Dalba jest podekscytowana możliwościami Webba. Biorąc pod uwagę, że Jowisz ma pierścienie i księżyce w naszym Układzie Słonecznym, Webb może być użyty do poszukiwania obecności małych obiektów krążących wokół TOI-2180b.

Jak dotąd nie znaleziono z pewnością pierścieni ani księżyców poza naszym Układem Słonecznym, ale jednym z powodów może być to, że wiele egzoplanet znajduje się w pobliżu ich gwiazdy, której grawitacja może oderwać takie obiekty. TOI-2180 b, położony dalej od swojej gwiazdy macierzystej, może stanowić ekscytującą okazję do takich badań. „Myślę, że jest to interesujący system do tego w przyszłości” — powiedział Delba.

Kiedy nie poluje na planety, Jacobs, naukowiec obywatel, współpracuje z organizacjami non-profit, które pomagają osobom niepełnosprawnym znaleźć pracę w ich społecznościach.

Jacobs powiedział, że członkowie Visual Enquiry Group „poświęcają wiele godzin każdego dnia na skanowanie danych z czystej radości i zainteresowania rozwojem nauki”. Łącznie zespół jest współautorem ponad 68 recenzowanych artykułów naukowych, w tym odkrycia tranzytujących „egzokomet” lub komet poza Układem Słonecznym, które przecinają twarz gwiazdy.

„Uwielbiamy przyczyniać się do rozwoju nauki” — powiedział Jacobs. „I uwielbiam tego rodzaju ankiety, wiedząc, że znajduje się w nowym, nieodkrytym obszarze, którego żaden człowiek nigdy nie widział”.

Odniesienie: „The TESS-Keck Survey. VIII. Potwierdzenie przejściowej gigantycznej planety w ciągu 261 ekscentrycznych dni przy użyciu robota teleskopu poszukiwacza planet” Paul A. Dalpa, Stephen R. Kean, Diana Dragomir, Stephen Villanueva Jr., Karen A. Collins, Thomas Lee Jacobs i Daryl M. LaCourse, Robert Gagliano, Marti H. Christiansen, Mark Omohondro, Hans M. Schwingler, Evan A. Terentif, Andrew Vanderberg, Benjamin Fulton, Howard Isaacson, Judah van Zandt, Andrew W. Howard, Daniel B. Thorngrena, Steve B. , Natalie M. Batalha, Ashley Chontos, Ian JM Crossfield, Courtney de Dressing, Daniel Hopper, Eric A. Pettijora, Paul Robertson, Arpita Roy, Lauren M. Weiss, Ida Behmar, Corey Bird, Casey L. Brinkman, Stephen Giacaloni Hale Jack Lubin, Andrew W. Mayo, Theo Moknik, Joseph M. Akana Murphy, Alex S. Polański, Malina Rice, Lee J. Rosenthal, Ryan A. Robbinsal, Nicholas Scarsdale, Emma Fei Turtlebaum, Dakota Tyler, Paul Penny, Pat Boyce, Thomas M. Esposito, E. Girardin, Didier Lalum, Pablo Lewin, Christopher R. Mann, Franc Marchis, Richard P. Schwarz, Gregor Srdoc, Jana Steuer, Thirupathi Sivarani, Athira Unni, Nora L. Eisner, Tara Fetherolf , Zhexing Li, Xinyu Yao, Joshua Pepper, George R. Ricker, Roland Vanderspek, David WS Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Christopher J. Burke, Jason D. Eastman, Michael B. Lund, David R. Rodriguez, Pamela Rowden i Eric B. Czasopismo astronomiczne.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / ac415b

Więcej o naukach obywatelskich

NASA współpracuje z różnymi obywatelami w różnych dziedzinach, od nauk o Ziemi, przez Słońce, po cały wszechświat. Każdy na świecie może wziąć udział. Sprawdź najnowsze możliwości na science.nasa.gov/citizenscience.

O Tess

TESS to misja astrofizyczna NASA prowadzona i obsługiwana przez z w Cambridge w stanie Massachusetts i obsługiwane przez Goddard Space Flight Center NASA. Dodatkowi partnerzy to Northrop Grumman of Falls Church, Virginia; Ames Research Center NASA w Dolinie Krzemowej w Kalifornii; Centrum Astrofizyki | Harvard i Smithsonian w Cambridge, Massachusetts; Laboratorium Lincolna w Massachusetts Institute of Technology. i Space Telescope Science Institute w Baltimore. W misji uczestniczy kilkanaście uniwersytetów, instytutów badawczych i obserwatoriów z całego świata.

Wkład w badania wniósł program stypendiów podoktorskich National Science Foundation w dziedzinie astronomii i astrofizyki.