Охотник за планетами НАСА находит мир обитаемой зоны размером с Землю

Эта иллюстрация TOI 700 d основана на нескольких смоделированных средах для океанической версии планеты.
Эта иллюстрация TOI 700 d основана на нескольких смоделированных средах для океанической версии планеты.

Транзитный спутник НАСА «Транзитная экзопланета» (TESS) обнаружил свою первую планету размером с Землю в зоне обитания ее звезды, в диапазоне расстояний, где условия могут быть как раз подходящими, чтобы допустить присутствие жидкой воды на поверхности. Ученые подтвердили обнаружение, названное TOI 700 d, с использованием космического телескопа Спитцер НАСА и смоделировали потенциальную среду планеты, чтобы помочь информировать будущие наблюдения.

TOI 700 d – это одна из немногих планет размером с Землю, обнаруженных до сих пор в обитаемой зоне звезды. Другие включают несколько планет в системе TRAPPIST-1 и другие миры, обнаруженные космическим телескопом НАСА Кеплер.

«TESS был разработан и запущен специально для поиска планет размером с Землю, вращающихся вокруг близлежащих звезд», – сказал Пол Герц, директор отдела астрофизики в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. «Планеты вокруг близлежащих звезд легче всего отслеживать с помощью больших телескопов в космосе и на Земле. Обнаружение TOI 700 d является ключевым научным открытием для TESS. Подтверждение размера планеты и статуса обитаемой зоны с помощью Spitzer – это еще одна победа Spitzer по мере приближения». конец научной деятельности в этом январе “.

Тэсс контролирует большие полосы неба, называемые секторами, в течение 27 дней. Этот длинный взгляд позволяет спутнику отслеживать изменения яркости звезд, вызванные движением орбитальной планеты перед ее звездой с нашей точки зрения, событие, называемое транзитом.

TOI 700 – это маленькая прохладная звезда-карлик M, расположенная на расстоянии чуть более 100 световых лет в южном созвездии Дорадо. Это примерно 40% массы и размера Солнца и примерно половина его поверхности. Звезда появляется в 11 из 13 секторов TESS, наблюдавшихся в течение первого года миссии, и ученые поймали несколько транзитов на трех ее планетах.

Изначально звезда была ошибочно классифицирована в базе данных TESS как более похожая на наше Солнце, что означало, что планеты казались больше и горячее, чем они есть на самом деле. Несколько исследователей, в том числе Алтон Спенсер, ученик средней школы, работающий с членами команды TESS, выявили ошибку.

«Когда мы скорректировали параметры звезды, размеры ее планет упали, и мы поняли, что самая внешняя из них была размером с Землю и в обитаемой зоне», – сказала Эмили Гилберт, аспирант Чикагского университета. «Кроме того, за 11 месяцев данных мы не увидели вспышек от звезды, что повышает шансы на то, что TOI 700 d пригоден для жизни, и облегчает моделирование его атмосферных и поверхностных условий».

Гилберт и другие исследователи представили результаты на 235-м заседании Американского астрономического общества в Гонолулу, и три статьи – одна из которых возглавляла Гилберт – были представлены в научных журналах.

Самая внутренняя планета, называемая TOI 700b, имеет почти ровный размер Земли, вероятно, скалистая и выходит на орбиту каждые 10 дней. Средняя планета, TOI 700 с, в 2,6 раза больше Земли – между размерами Земли и Нептуна – вращается каждые 16 дней и, вероятно, является миром, где доминирует газ. TOI 700 d, самая известная планета в системе и единственная в обитаемой зоне, имеет размеры на 20% больше Земли, она вращается каждые 37 дней и получает от своей звезды 86% энергии, которую Солнце предоставляет Земле. Считается, что все планеты привязаны к своей звезде, что означает, что они вращаются один раз на орбиту, так что одна сторона постоянно купается при дневном свете.

Команда ученых во главе с астрономом Джозефом Родригесом в Центре астрофизики | Harvard & Smithsonian в Кембридже, штат Массачусетс, запросили последующие наблюдения со Спитцером для подтверждения TOI 700 d.

«Учитывая влияние этого открытия – то, что это первая планета размером с Землю обитаемой зоны TESS – мы действительно хотели, чтобы наше понимание этой системы было как можно более конкретным», – сказал Родригес. «Спитцер увидел, что TOI 700d прошел точно тогда, когда мы этого ожидали. Это отличное дополнение к наследию миссии, которая помогла подтвердить две планеты TRAPPIST-1 и определить еще пять».

Данные Spitzer повысили уверенность ученых в том, что TOI 700 d является реальной планетой, и увеличили свои измерения орбитального периода на 56% и его размера на 38%. Это также исключило другие возможные астрофизические причины транзитного сигнала, такие как присутствие в системе меньшей, более тусклой звезды-компаньона.

Родригес и его коллеги также использовали последующие наблюдения с помощью 1-метрового наземного телескопа в глобальной сети обсерваторий Лас-Камбрес, чтобы повысить уверенность ученых в орбитальном периоде и размере TOI 700 c на 30% и 36% соответственно.

Поскольку TOI 700 яркий, поблизости и не имеет никаких признаков звездных вспышек, система является главным кандидатом для точных измерений массы современными наземными обсерваториями. Эти измерения могут подтвердить оценки ученых о том, что внутренняя и внешняя планеты являются каменистыми, а средняя планета состоит из газа.

Будущие миссии могут быть в состоянии определить, есть ли на планетах атмосферы и, если это так, даже определить их состав.

Хотя точные условия TOI 700d неизвестны, ученые могут использовать текущую информацию, такую ​​как размер планеты и тип звезды, на которой она вращается, для создания компьютерных моделей и прогнозов. Исследователи из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, смоделировали 20 потенциальных сред TOI 700 d, чтобы определить, приведет ли какая-либо версия к поверхностным температурам и давлениям, пригодным для обитаемости.

Их трехмерные климатические модели исследовали различные типы поверхности и составы атмосферы, обычно связанные с тем, что ученые считают потенциально обитаемым миром. Так как TOI 700d находится на прицельной привязке к своей звезде, облачные образования и схемы ветра на планете могут сильно отличаться от земных.

Одна из симуляций включала в себя покрытый океаном TOI 700d с плотной атмосферой, в которой преобладает углекислый газ, похожий на то, что, как предполагают ученые, окружал Марс в молодости. Модель атмосферы содержит глубокий слой облаков на стороне, обращенной к звезде. Другая модель изображает TOI 700 d в виде безоблачной наземной версии современной Земли, где ветры текут с ночной стороны планеты и сходятся в точке, обращенной непосредственно к звезде.

Когда звездный свет проходит через атмосферу планеты, он взаимодействует с молекулами, такими как углекислый газ и азот, чтобы производить различные сигналы, называемые спектральными линиями. Команда разработчиков во главе с Габриэль Энглеманн-Суисса, приглашенным научным сотрудником Годдардской ассоциации космических исследований Университета, создала смоделированные спектры для 20 смоделированных версий TOI 700 d.

«Когда-нибудь, когда у нас будут реальные спектры от TOI 700 d, мы можем отследить, сопоставить их с ближайшим моделируемым спектром, а затем сопоставить их с моделью», – сказал Энглеманн-Суисса. «Это захватывающе, потому что независимо от того, что мы узнаем о планете, она будет выглядеть совершенно иначе, чем у нас здесь, на Земле».

TESS – это миссия NASA Astrophysics Explorer, возглавляемая и управляемая MIT в Кембридже, штат Массачусетс, и управляемая Центром космических полетов имени Годдарда. Дополнительные партнеры включают Northrop Grumman, базирующийся в Фолс-Черч, Вирджиния; Исследовательский центр Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии; Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс; Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института; и Научный институт космического телескопа в Балтиморе. Более дюжины университетов, исследовательских институтов и обсерваторий по всему миру являются участниками миссии.

Лаборатория реактивного движения в Пасадене, Калифорния, управляет миссией космического телескопа Спитцер для Управления научной миссии НАСА в Вашингтоне. Научные работы проводятся в Научном центре Спитцер в Калтехе в Пасадене. Космические операции базируются в Lockheed Martin Space в Литтлтоне, штат Колорадо. Данные архивируются в Инфракрасном научном архиве, размещенном в IPAC в Калтехе. Caltech управляет JPL для НАСА.

Работа по моделированию финансировалась в рамках сотрудничества Sellers Exoplanet Environments в Goddard, междисциплинарного сотрудничества, которое объединяет экспертов для создания комплексных и сложных компьютерных моделей для лучшего анализа текущих и будущих наблюдений экзопланет.


Источник истории:

Материалы предоставлены NASA / Лаборатория реактивного движения . Оригинал написан Джанетт Казмерчак, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд. Примечание.


Связанные мультимедиа :