Piętnaście lat temu największe teleskopy na świecie musiały jeszcze zlokalizować planetę krążącą wokół innej gwiazdy. Obecnie teleskopy nie większe niż te dostępne w domach towarowych są w stanie wykryć nieznane wcześniej światy. Nowo odkryta planeta wykryta przez mały teleskop o średnicy 4 cali pokazuje, że jesteśmy u progu nowej ery odkrywania planet. Wkrótce nowe światy mogą być lokalizowane w przyspieszającym tempie, przybliżając wykrycie pierwszego świata wielkości Ziemi o krok bliżej.
„To odkrycie pokazuje, że nawet skromne teleskopy mogą wnieść ogromny wkład w poszukiwania planet”, mówi Guillermo Torres z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), współautor badania.
Badanie to zostanie opublikowane online na stronie http://arxiv.org/abs/astro-ph/0408421 i pojawi się w nadchodzącym numerze The Astrophysical Journal Letters.
Jest to pierwsze odkrycie planety pozasłonecznej dokonane przez dedykowane badanie wielu tysięcy stosunkowo jasnych gwiazd w dużych obszarach nieba. Został wykonany przy użyciu Transatlantyckiego badania egzoplanetowego (TrES), sieci małych, stosunkowo niedrogich teleskopów zaprojektowanych specjalnie do poszukiwania planet krążących wokół jasnych gwiazd. Zespół naukowców pod przewodnictwem Davida Charbonneau (CfA / Caltech), Timothy Browna z Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych (NCAR) i Edwarda Dunhama z Lowell Observatory opracował sieć TrES. Początkowe wsparcie dla sieci TrES pochodziło od NASA Jet Jet Propulsion Laboratory i California Institute of Technology.
„Zajęło to kilka doktoratów. naukowcy pracujący w pełnym wymiarze godzin nad opracowaniem metod analizy danych dla tego programu wyszukiwania, ale sam sprzęt wykorzystuje proste, gotowe elementy ”- mówi Charbonneau.
Mimo że małe teleskopy sieci TrES dokonały pierwszego odkrycia, konieczne były obserwacje w innych obiektach. Obserwacje w W.M. Obserwatorium Keck, które dla Uniwersytetu Kalifornijskiego, Caltech i NASA, obsługuje dwa największe teleskopy świata na Hawajach, było szczególnie ważne dla potwierdzenia istnienia planety.
Planet Shadows
Nowo odkryta planeta to gazowy gigant wielkości Jowisza krążący wokół gwiazdy znajdującej się około 500 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Liry. Ten świat krąży wokół swojej gwiazdy co 3,03 dni w odległości zaledwie 4 milionów mil, znacznie bliżej i szybciej niż planeta Merkury w naszym Układzie Słonecznym.
Astronomowie wykorzystali innowacyjną technikę do odkrycia tego nowego świata. Odkryto ją metodą „tranzytu”, polegającą na szukaniu spadku jasności gwiazdy, gdy planeta przechodzi bezpośrednio przed gwiazdą i rzuca cień. Planeta wielkości Jowisza blokuje tylko około 1/100 światła od gwiazdy podobnej do Słońca, ale to wystarczy, aby była wykrywalna.
Aby odnieść sukces, poszukiwania tranzytowe muszą zbadać wiele gwiazd, ponieważ widzimy tranzyt tylko wtedy, gdy układ planetarny znajduje się blisko krawędzi naszej linii wzroku. Obecnie trwa szereg różnych wyszukiwań tranzytowych. Większość bada ograniczone obszary nieba i skupia się na słabszych gwiazdach, ponieważ są one bardziej powszechne, zwiększając w ten sposób szanse na znalezienie układu przelotowego. Jednak sieć TrES koncentruje się na poszukiwaniu jaśniejszych gwiazd na większych obszarach nieba, ponieważ planety krążące wokół jasnych gwiazd są łatwiejsze do bezpośredniego badania.
„Musimy pracować tylko ze światłem pochodzącym z gwiazdy” - mówi Brown. „O wiele trudniej jest nauczyć się czegokolwiek, gdy gwiazdy są słabe”.
„To prawie paradoksalne, że małe teleskopy są bardziej wydajne niż te większe, jeśli używasz metody tranzytu, ponieważ żyjemy w czasach, w których astronomowie już planują teleskopy o średnicy 100 metrów”, mówi główny autor Roi Alonso z Astrophysical Institute of Wyspy Kanaryjskie (IAC), które odkryły nową planetę.
Najbardziej znane planety pozasłoneczne znaleziono przy użyciu „metody Dopplera”, która wykrywa efekt grawitacyjny planety na jej gwiazdy spektroskopowo poprzez rozbicie światła gwiazdy na kolory składowe. Jednak informacje, które można uzyskać na temat planety przy użyciu metody Dopplera, są ograniczone. Na przykład można określić tylko dolną granicę masy, ponieważ kąt, pod którym oglądamy układ, jest nieznany. Brązowy karzeł o dużej masie, którego orbita jest bardzo nachylona do naszej linii wzroku, wytwarza ten sam sygnał, co planeta o małej masie, która jest prawie na krawędzi.
„Kiedy astronomowie znajdują planetę w tranzycie, wiemy, że jej orbita jest zasadniczo na krawędzi, więc możemy obliczyć jej dokładną masę. Z ilości światła, które blokuje, uczymy się jego wielkości fizycznej. W jednym przypadku byliśmy nawet w stanie wykryć i zbadać atmosferę gigantycznej planety ”, mówi Charbonneau.
Sortowanie podejrzanych
W badaniu TrES zbadano około 12 000 gwiazd na 36 stopniach kwadratowych nieba (obszar o połowę mniejszy niż misa Wielkiego Wozu). Roi Alonso, absolwent Brown's, zidentyfikował 16 potencjalnych kandydatów na tranzyty planet. „Badanie TrES dało nam wstępny zestaw podejrzanych. Następnie musieliśmy przeprowadzić wiele obserwacji w celu wyeliminowania oszustów ”, mówi współautor Alessandro Sozzetti (University of Pittsburgh / CfA).
Po opracowaniu listy kandydatów pod koniec kwietnia naukowcy użyli teleskopów w Obserwatorium Whipple w Arizonie i Obserwatorium Oak Ridge w Massachusetts w CfA w celu uzyskania dodatkowych obserwacji fotometrycznych (jasności), a także obserwacji spektroskopowych, które wyeliminowały zaćmienie gwiazd podwójnych.
W ciągu dwóch miesięcy zespół wyrównał najbardziej obiecującego kandydata. Obserwacje spektroskopowe w wysokiej rozdzielczości wykonane przez Torresa i Sozzettiego przy użyciu czasu dostarczonego przez NASA na 10-metrowym teleskopie Keck I na Hawajach potwierdziły przypadek.
„Bez tych dalszych badań ankiety fotometryczne nie mogą stwierdzić, który z ich kandydatów jest faktycznie planetą. Dowodem na to, że budyń jest orbitą dla gwiazdy macierzystej, a otrzymaliśmy to za pomocą metody Dopplera. Właśnie dlatego obserwacje Keck tej gwiazdy były tak ważne dla udowodnienia, że znaleźliśmy prawdziwy układ planetarny ”- mówi współautor David Latham (CfA).
Niezwykle normalny
Planeta, zwana TrES-1, jest bardzo podobna do Jowisza pod względem masy i wielkości (średnicy). Prawdopodobnie będzie to gazowy gigant złożony głównie z wodoru i helu, najczęstszych pierwiastków we Wszechświecie. Ale w przeciwieństwie do Jowisza, krąży on bardzo blisko swojej gwiazdy, dając jej temperaturę około 1500 stopni F.
Astronomowie są szczególnie zainteresowani TrES-1, ponieważ jego struktura tak dobrze zgadza się z teorią, w przeciwieństwie do pierwszej odkrytej planety tranzytowej HD 209458b. Ten ostatni świat zawiera mniej więcej tę samą masę co TrES-1, ale ma około 30% większy rozmiar. Nawet bliskość gwiazdy i towarzyszące jej upały nie wyjaśniają tak dużego rozmiaru.
„Znalezienie TrES-1 i zobaczenie, jak normalne jest to nasuwa podejrzenie, że HD 209458b jest planetą„ dziwną kulą ”, mówi Charbonneau.
TrES-1 krąży wokół swojej gwiazdy co 72 godziny, umieszczając ją wśród grupy podobnych planet zwanych „gorącymi Jowiszami”. Takie światy prawdopodobnie uformowały się znacznie dalej od swoich gwiazd, a następnie migrowały do wewnątrz, usuwając w tym czasie wszelkie inne planety. Liczne układy planetarne zawierające gorące Jowisze wskazują, że nasz układ słoneczny może być niezwykły ze względu na stosunkowo spokojną historię.
Zarówno bliska orbita TrES-1, jak i jej historia migracji sprawiają, że jest mało prawdopodobne, aby posiadała księżyce lub pierścienie. Niemniej astronomowie będą nadal dokładnie badać ten system, ponieważ precyzyjne obserwacje fotometryczne mogą wykryć księżyce lub pierścienie, jeśli takie istnieją. Ponadto szczegółowe obserwacje spektroskopowe mogą dawać wskazówki dotyczące obecności i składu atmosfery planety.
Artykuł opisujący te wyniki jest autorstwa: Roi Alonso (IAC); Timothy M. Brown (NCAR); Guillermo Torres i David W. Latham (CfA); Alessandro Sozzetti (University of Pittsburgh / CfA); Georgi Mandushev (Lowell), Juan A. Belmonte (IAC); David Charbonneau (CfA / Caltech); Hans J. Deeg (IAC); Edward W. Dunham (Lowell); Francis T. O’Donovan (Caltech); i Robert Stefanik (CfA).
To wspólne ogłoszenie jest wydawane jednocześnie przez CfA, IAC, NCAR, University of Pittsburgh i Lowell Observatory.
W.M. Obserwatorium Keck jest prowadzone przez California Association for Research in Astronomy, partnerstwo naukowe California Institute of Technology, University of California oraz National Aeronautics and Space Administration.
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), z siedzibą w Cambridge, Massachusetts, jest wspólną współpracą Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy CfA, zorganizowani w sześć dywizji badawczych, badają pochodzenie, ewolucję i ostateczny los wszechświata.
Oryginalne źródło: Harvard CfA News Release
