NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) heeft zijn eerste planeet ter grootte van de aarde ontdekt in de bewoonbare zone van zijn ster, het bereik van afstanden waar de omstandigheden precies goed kunnen zijn om de aanwezigheid van vloeibaar water op het oppervlak toe te staan. Wetenschappers bevestigden de vondst, genaamd TOI 700 d, met behulp van NASA's Spitzer Space Telescope en hebben de potentiële omgevingen van de planeet gemodelleerd om toekomstige waarnemingen te helpen informeren.

TOI 700 d is een van de weinige planeten ter grootte van de aarde die tot nu toe zijn ontdekt in de bewoonbare zone van een ster. Andere omvatten verschillende planeten in het TRAPPIST-1-systeem en andere werelden die zijn ontdekt door NASA's Kepler Space Telescope.

"TESS is speciaal ontworpen en gelanceerd om planeten ter grootte van de aarde in een baan om nabije sterren te vinden, " zei Paul Hertz, afdelingsdirecteur astrofysica op het NASA-hoofdkwartier in Washington. "Planeten rond nabije sterren zijn het gemakkelijkst te volgen met grotere telescopen in de ruimte en op aarde. Het ontdekken van TOI 700 d is een belangrijke wetenschappelijke bevinding voor TESS. Het bevestigen van de grootte van de planeet en de status van de bewoonbare zone met Spitzer is een nieuwe overwinning voor Spitzer als het nadert het einde van de wetenschappelijke operaties in januari."

TESS bewaakt grote delen van de lucht, sectoren genoemd, voor 27 dagen per keer. Deze lange blik stelt de satelliet in staat om veranderingen in stellaire helderheid te volgen die worden veroorzaakt door een in een baan om zijn ster draaiende planeet vanuit ons perspectief, een gebeurtenis die transit wordt genoemd.

TOI 700 is een kleine, koele M-dwergster op iets meer dan 100 lichtjaar afstand in het zuidelijke sterrenbeeld Dorado. Het is ongeveer 40% van de massa en grootte van de zon en ongeveer de helft van de oppervlaktetemperatuur. De ster verschijnt in 11 van de 13 sectoren die TESS heeft waargenomen tijdens het eerste jaar van de missie, en wetenschappers vingen meerdere transits door zijn drie planeten.

De ster was oorspronkelijk verkeerd geclassificeerd in de TESS-database als zijnde meer vergelijkbaar met onze zon, wat betekende dat de planeten groter en heter leken dan ze in werkelijkheid zijn. Verschillende onderzoekers, inclusief Alton Spencer, een middelbare scholier die werkt met leden van het TESS-team, de fout geïdentificeerd.

"Toen we de parameters van de ster corrigeerden, de afmetingen van zijn planeten daalden, en we realiseerden ons dat de buitenste ongeveer zo groot was als de aarde en in de bewoonbare zone, " zei Emily Gilbert, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Chicago. "Aanvullend, in 11 maanden aan gegevens zagen we geen uitbarstingen van de ster, wat de kans vergroot dat TOI 700 d bewoonbaar is en het gemakkelijker maakt om de atmosferische en oppervlaktecondities te modelleren."

Gilbert en andere onderzoekers presenteerden de bevindingen op de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Honolulu, en drie artikelen - waarvan Gilbert de leiding had - zijn ingediend bij wetenschappelijke tijdschriften.

De binnenste planeet, genaamd TOI 700 b, is bijna precies de grootte van de aarde, is waarschijnlijk rotsachtig en voltooit elke 10 dagen een baan. De middelste planeet, TOI 700c, is 2,6 keer groter dan de aarde - tussen de afmetingen van de aarde en Neptunus - draait om de 16 dagen en is waarschijnlijk een door gas gedomineerde wereld. TOI 700 d, de buitenste bekende planeet in het systeem en de enige in de bewoonbare zone, meet 20% groter dan de aarde, draait om de 37 dagen en ontvangt van zijn ster 86% van de energie die de zon aan de aarde levert. Men denkt dat alle planeten getijde aan hun ster zijn vergrendeld, wat betekent dat ze één keer per baan draaien, zodat één kant constant in het daglicht baadt.

Een team van wetenschappers onder leiding van Joseph Rodriguez, een astronoom bij het Centrum voor Astrofysica | Harvard &Smithsonian in Cambridge, Massachusetts, verzocht om vervolgwaarnemingen met Spitzer om TOI 700 te bevestigen d.

"Gezien de impact van deze ontdekking - dat het de eerste planeet ter grootte van de aarde van TESS is - wilden we echt dat ons begrip van dit systeem zo concreet mogelijk was, ' zei Rodriguez. 'Spitzer zag TOI 700 d precies op het moment dat we het verwachtten. Het is een geweldige aanvulling op de erfenis van een missie die heeft geholpen om twee van de TRAPPIST-1-planeten te bevestigen en er nog vijf te identificeren."

De Spitzer-gegevens vergrootten het vertrouwen van wetenschappers dat TOI 700 d een echte planeet is en verscherpten hun metingen van zijn omlooptijd met 56% en zijn grootte met 38%. Het sloot ook andere mogelijke astrofysische oorzaken van het transitsignaal uit, zoals de aanwezigheid van een kleinere, dimmer begeleidende ster in het systeem.

Rodriguez en zijn collega's gebruikten ook vervolgwaarnemingen van een 1-meter telescoop op de grond in het wereldwijde Las Cumbres Observatory-netwerk om het vertrouwen van wetenschappers in de omlooptijd en de grootte van TOI 700 c met 30% en 36% te verbeteren. respectievelijk.

Omdat TOI 700 helder is, dichtbij, en vertoont geen teken van stellaire uitbarstingen, het systeem is een uitstekende kandidaat voor nauwkeurige massametingen door huidige observatoria op de grond. Deze metingen kunnen de schattingen van wetenschappers bevestigen dat de binnen- en buitenplaneten rotsachtig zijn en dat de middelste planeet uit gas bestaat.

Future missions may be able to identify whether the planets have atmospheres and, als, even determine their compositions.

While the exact conditions on TOI 700 d are unknown, scientists can use current information, like the planet's size and the type of star it orbits, to generate computer models and make predictions. Researchers at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, modeled 20 potential environments of TOI 700 d to gauge if any version would result in surface temperatures and pressures suitable for habitability.

Their 3-D climate models examined a variety of surface types and atmospheric compositions typically associated with what scientists regard to be potentially habitable worlds. Because TOI 700 d is tidally locked to its star, the planet's cloud formations and wind patterns may be strikingly different from Earth's.

One simulation included an ocean-covered TOI 700 d with a dense, carbon-dioxide-dominated atmosphere similar to what scientists suspect surrounded Mars when it was young. The model atmosphere contains a deep layer of clouds on the star-facing side. Another model depicts TOI 700 d as a cloudless, all-land version of modern Earth, where winds flow away from the night side of the planet and converge on the point directly facing the star.

When starlight passes through a planet's atmosphere, it interacts with molecules like carbon dioxide and nitrogen to produce distinct signals, called spectral lines. The modeling team, led by Gabrielle Engelmann-Suissa, a Universities Space Research Association visiting research assistant at Goddard, produced simulated spectra for the 20 modeled versions of TOI 700 d.

"Someday, when we have real spectra from TOI 700 d, we can backtrack, match them to the closest simulated spectrum, and then match that to a model, " Engelmann-Suissa said. "It's exciting because no matter what we find out about the planet, it's going to look completely different from what we have here on Earth."