A NASA TESS űrtávcsöve most először talált földméretű bolygót egy csillag lakhatósági zónájában, azon a területen, ahol egy bolygó felszínén a víz folyékony állapotban megmaradhat. A kutatók a Spitzer-űrtávcsővel meg is erősítették a felfedezést, és modellezték a TOI 700d jelzésű exobolygó lehetséges felszíni jellemzőit.

A TOI 700d egyike annak a kevés földméretű bolygónak, amelyeket csillagok lakhatósági zónájában találtak. Ide tartoznak a TRAPPIST-1 rendszer földszerű bolygói és a Kepler-űrtávcsővel talált egyes világok is.

„A TESS űrtávcsövet kifejezetten azzal a céllal készítették és bocsátották fel, hogy földméretű bolygókat találjon a közeli csillagok körül.” – mondta Paul Hertz (NASA). „A közeli csillagok bolygóit a legkönnyebb nyomon követni a nagyobb űr- és földi távcsövekkel. A TOI 700d felfedezése a TESS kulcsfontosságú tudományos eredménye. A bolygó méretének és lakhatósági zónában való elhelyezkedésének megerősítése a Spitzerrel egy újabb győzelem annak a távcsőnek, amely januárban be fogja fejezni a tudományos munkát.”

A TESS széles sávokban vizsgálja az égboltot. Egy területet 27 napig monitoroz. A hosszú megfigyelési idő lehetővé teszi, hogy az űrtávcső nyomon kövesse a csillagok fényességének olyan változásait, amelyeket a csillag előtt elhaladó bolygók okoznak, vagyis az úgynevezett tranzitokat.

A TOI 700 jelzésű csillag egy kicsi, alacsony hőmérsékletű, M-színképtípusú törpecsillag, amely a Földtől alig több, mint 100 fényévre helyezkedik el, és csak a déli féltekéről, a Dorado (Aranyhal) csillagképben látszik. Tömege és mérete nagyjából 40%-a, a felszíni hőmérséklete pedig a fele Napunkénak. A csillag a TESS küldetésének első évében a 13 megfigyelési szektorból 11-ben jelenik meg. A kutatók a csillag három bolygójának több tranzitját is megfigyelték.

A csillagot eredetileg tévesen a Napunkhoz hasonló objektumként osztályozták a TESS adatbázisában, ami azt jelentette, hogy a bolygók nagyobbnak és melegebbnek tűntek, mint amilyenek valójában. A hibát több kutató is azonosította.

„Amikor javítottuk a csillag paramétereit, a bolygók számított mérete lecsökkent. Rájöttünk, hogy a legkülső bolygó nagyjából akkora, mint a Föld, és a lakhatósági zónában kering.” – mondta Emily Gilbert (University of Chicago). „Továbbá 11 hónapnyi adatsorban egyetlen flert sem láttunk, ami növeli annak az esélyét, hogy a TOI 700d valóban lakható, valamint megkönnyíti a légköri és felszíni viszonyok modellezését.”

A kutatók az eredményeket az Amerikai Csillagászati Társaság 235. honolului találkozóján mutatták be. Gilbert és a témával foglalkozó többi kutató három tanulmányt* nyújtott be a rendszerről tudományos folyóiratoknak.

A legbelső, TOI 700b jelzésű bolygó mérete majdnem pontosan megegyezik a Földével, valószínűleg kőzetbolygó, és tíznaponta kerüli meg a csillagot. A középső bolygó, a TOI 700c már 2,6-szer nagyobb, mint a Föld – mérete a Földé és a Neptunuszé közé esik. Ez a bolygó 16 nap alatt kerüli meg a csillagot, és valószínűleg gázbolygó. A rendszer legkülső ismert bolygója, a TOI 700d, amely az egyetlen ismert planéta a csillag lakhatósági zónájában, 20%-al nagyobb, mint a Föld. 37 nap alatt kerüli meg a csillagot, és 14%-al kevesebb energiát kap tőle, mint a Föld a Naptól. A kutatók úgy gondolják, hogy mindhárom bolygó kötött keringésű, ami azt jelenti, hogy mindig ugyanazt az oldalukat fordítják a csillag felé, így az egyik félgömbön mindig nappal van rajtuk.

A Harvard–Smithsonian Asztrofizikai Központ kutatója, Joseph Rodriguez és munkatársai utánkövetéses vizsgálatba kezdtek a Spitzer-űrtávcsővel, hogy megerősítsék a TOI 700d-re vonatkozó adatokat.

„A felfedezés fontosságának tudatában – hiszen ez a TESS első lakhatósági zónában talált földméretű bolygója – szerettük volna a lehető legjobban megismerni ezt a rendszert.” – mondta Rodriguez. „A Spitzer pontosan akkor látta a TOI 700d tranzitját, amikorra vártuk. Nagyszerűen illeszkedik ez egy olyan küldetés örökségéhez, amely segített két TRAPPIST-1 bolygó felfedezésének megerősítésében és öt további bolygó azonosításában.”

A Spitzer adatainak hála a kutatók még inkább meggyőződhettek arról, hogy a TOI 700d valóban létezik, 56%-al pontosabban meg tudták határozni a keringési idejét, és 38%-al a méretét. A Spitzerrel sikerült kizárni a tranzitjel egyéb lehetséges asztrofizikai okait, például egy kisebb, halványabb társcsillag jelenlétét a rendszerben.

Rodriguez és munkatársai a Las Cumbres Observatory 1 méteres földi teleszkópjával is végeztek utánkövetéses vizsgálatot, hogy újabb 30, illetve 36%-al pontosítsák a keringési időt és a TOI 700c méretét.

Mivel a TOI 700 egy fényes, közeli csillag, és nem mutatja jelét csillagaktivitásnak, a rendszer alkalmas arra, hogy pontos tömegmeghatározásokat végezzünk a meglévő földi obszervatóriumokból. A mérések megerősíthetik a kutatók sejtését, miszerint a belső és a külső planéta kőzetbolygó, a középső pedig gázbolygó.

A jövőbeni küldetések során azt is megtudhatjuk, hogy van-e a bolygóknak légköre, és talán azok összetételét is meghatározhatjuk.

Bár a TOI 700d pontos tulajdonságai ismeretlenek, a kutatók a meglévő információk birtokában, így a bolygó mérete és a csillag típusa alapján számítógépes modelleket alkothattak a lehetőségekről. A NASA Goddard Űrközpontjának munkatársai 20 környezeti modellt készítettek, hogy megtudják, alkalmas lehet-e a TOI 700d felszíni hőmérséklete és nyomása az életre.

A háromdimenziós éghajlati modellek számos olyan felszíntípust és légkör-összetételt vizsgáltak, amelyek általában a lakható világokra jellemzőek. Mivel a TOI 700d kötött pályán kering, a bolygó felhőképződményei és szelei jelentősen eltérhetnek a Földön tapasztaltaktól.

Az egyik szimulációban az óceánnal borított bolygót sűrű, főként szén-dioxidból álló légkör veszi körül. Ezek a feltételek uralkodtak a kutatók szerint a Marson, amikor az még fiatal volt. A modellben a planéta nappali oldalán vastag felhőréteg jelenik meg. Egy másik modell a TOI 700d-t a mai Föld felhőtlen, szárazfölddel borított változataként jeleníti meg, ahol a szelek a bolygó éjszakai oldaláról indulnak, és a csillag felé forduló félteke irányába fújnak.

Amikor a csillag fénye áthatol a bolygó légkörén, kölcsönhatásba lép annak anyagával, például a szén-dioxiddal és a nitrogénnel, jól elkülöníthető jeleket, úgynevezett színképvonalakat hozva létre. A Gabrielle Engelmann-Suissa (USRA) vezette kutatócsoport elkészítette mind a 20 modellezett bolygó elméleti színképét.

„Egyszer, amikor meglesz a TOI 700d igazi spektruma, összevethetjük azt az elméleti színképekkel, hogy megtaláljuk a megfelelő modellt.” – mondta Engelmann-Suissa. „Nagyon izgalmas, mert bármit is találunk ezzel a bolygóval kapcsolatban, az nagyon más lesz, mint amit a Földön látunk.”

Forrás: csillagaszat.hu / nasa.gov