Een groep onderzoekers van de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), de Universiteit van Tokio, en het Astrobiology Center heeft onder andere de transit waargenomen van een potentieel aardachtige extrasolaire planeet die bekend staat als K2-3d met behulp van het MuSCAT-instrument op de 188-cm-telescoop van het Okayama Astrophysical Observatory. Een transit is een fenomeen waarbij een planeet voor zijn moederster passeert, het blokkeren van een kleine hoeveelheid licht van de ster, als een schaduw van de planeet. Hoewel er eerder transits zijn waargenomen voor duizenden andere planeten buiten het zonnestelsel, K2-3d is belangrijk omdat er een mogelijkheid is dat het buitenaards leven herbergt.

Door de doorgang nauwkeurig te observeren met behulp van de volgende generatie telescopen, zoals TMT, wetenschappers verwachten in de atmosfeer van de planeet te kunnen zoeken naar moleculen die verband houden met het leven, zoals zuurstof.

Met alleen de eerdere waarnemingen van de ruimtetelescoop, echter, onderzoekers kunnen de omlooptijd van de planeet niet precies berekenen, wat het voorspellen van de exacte tijden van toekomstige transits moeilijker maakt. Deze onderzoeksgroep is erin geslaagd de omlooptijd van de planeet met een hoge precisie van ongeveer 18 seconden te meten. Dit verbeterde de voorspellingsnauwkeurigheid voor toekomstige transittijden aanzienlijk. Met de volgende generatie telescopen zullen onderzoekers nu dus precies weten wanneer ze op de transits moeten letten. Dit onderzoeksresultaat is een belangrijke stap in de zoektocht naar buitenaards leven in de toekomst.

K2-3d

K2-3d is een extrasolaire planeet op ongeveer 150 lichtjaar afstand die werd ontdekt door de NASA K2-missie (het "tweede licht" van de Kepler-telescoop (Noot 1). De grootte van K2-3d is 1,5 keer de grootte van de aarde. De planeet draait om zijn moederster, die half zo groot is als de zon, met een periode van ongeveer 45 dagen. Vergeleken met de aarde, de planeet draait dicht bij zijn moederster (ongeveer 1/5 van de afstand aarde-zon). Maar, omdat de temperatuur van de moederster lager is dan die van de zon, berekeningen laten zien dat dit de juiste afstand is voor de planeet om een ​​relatief warm klimaat te hebben zoals dat van de aarde. Er is een mogelijkheid dat er vloeibaar water op het oppervlak van de planeet bestaat, het verhogen van de verleidelijke mogelijkheid van buitenaards leven.

De baan van K2-3d is zo uitgelijnd dat, gezien vanaf de aarde, het passeert (passeert voor) zijn gastheerster. Dit veroorzaakt, kort, periodieke afname van de helderheid van de ster, omdat de planeet een deel van het licht van de ster blokkeert. Deze uitlijning stelt onderzoekers in staat om de atmosferische samenstelling van deze planeten te onderzoeken door nauwkeurige meting van de hoeveelheid geblokkeerd sterlicht op verschillende golflengten.

Ongeveer 30 potentieel bewoonbare planeten die ook een doorgaande baan hebben, werden ontdekt door de NASA Kepler-missie, maar de meeste van deze planeten draaien zwakker, verder weg gelegen sterren. Omdat hij dichter bij de aarde staat en zijn moederster helderder is, K2-3d is een interessantere kandidaat voor gedetailleerde vervolgstudies (zie figuur 2). De helderheidsafname van de gastster veroorzaakt door de doorgang van K2-3d is klein, slechts 0,07%. Echter, de verwachting is dat de volgende generatie grote telescopen (noot 2) in staat zal zijn om te meten hoe deze afname van helderheid varieert met de golflengte, waardoor onderzoek naar de samenstelling van de atmosfeer van de planeet mogelijk wordt. Als er buitenaards leven bestaat op K2-3d, wetenschappers hopen moleculen te kunnen detecteren die ermee verband houden, zoals zuurstof, in de atmosfeer.

MuSCAT-waarnemingen en verbeteringen aan transit-efemeriden

De omlooptijd van K2-3d is ongeveer 45 dagen. Aangezien de onderzoeksperiode van de K2-missie slechts 80 dagen is voor elk hemelgebied, onderzoekers konden slechts twee transits meten in de K2-gegevens. Dit is niet voldoende om de omlooptijd van de planeet precies te meten, dus wanneer onderzoekers de tijden van toekomstige transits proberen te voorspellen, het creëren van iets dat een "transit-efemeride" wordt genoemd, Er zijn onzekerheden in de voorspelde tijden. Deze onzekerheden worden groter naarmate ze verder in de toekomst proberen te voorspellen. vroege aanvullende doorvoerobservaties en aanpassingen aan de efemeriden waren nodig voordat onderzoekers de doorvoer uit het oog verloren. Vanwege het belang van K2-3d, de Spitzer Space Telescope observeerde twee transits kort na de ontdekking van de planeet, waardoor het totaal op vier transitmetingen komt. Echter, de toevoeging van zelfs een enkele transitmeting verder in de toekomst kan helpen om een ​​aanzienlijk verbeterde efemeride op te leveren.

Met behulp van de Okayama 188-cm reflectortelescoop en het nieuwste observatie-instrument MuSCAT, het team observeerde voor het eerst een doorvoer van K2-3d met een telescoop op de grond. Hoewel een helderheidsafname van 0,07% bijna de limiet is van wat kan worden waargenomen met telescopen op de grond, Het vermogen van MuSCAT om drie golflengtebanden tegelijkertijd te observeren, verbeterde zijn vermogen om de doorvoer te detecteren. Door de gegevens van K2 en Spitzer opnieuw te analyseren in combinatie met deze nieuwe waarneming, onderzoekers hebben de precisie van de efemeriden sterk verbeterd, het bepalen van de omlooptijd van de planeet binnen ongeveer 18 seconden (1/30 van de oorspronkelijke onzekerheid). Deze verbeterde transit-efemeride (Figuur 3) zorgt ervoor dat wanneer de volgende generatie grote telescopen online komt, ze zullen precies weten wanneer ze moeten letten op transits. Deze onderzoeksresultaten helpen dus de weg vrij te maken voor toekomstige onderzoeken naar buitenaards leven.

Toekomstwerk

De NASA K2-missie duurt tot minstens februari 2018, en zal naar verwachting meer potentieel bewoonbare planeten zoals K2-3d ontdekken. Verder, K2's opvolger, de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), wordt in december 2017 gelanceerd. TESS zal twee jaar lang de hele lucht inspecteren, en zal naar verwachting honderden kleine planeten zoals K2-3d in de buurt van ons zonnestelsel detecteren. Om een ​​'Tweede Aarde' te karakteriseren met behulp van de volgende generatie grote telescopen, het zal belangrijk zijn om de efemeriden en kenmerken van planeten te meten met aanvullende transitobservaties met behulp van middelgrote telescopen op de grond. Het team zal MuSCAT blijven gebruiken voor onderzoek met betrekking tot de toekomstige zoektocht naar buitenaards leven.