Al meer dan een decennium, astronomen hebben gezocht naar planeten in een baan om AU Microscopii, een nabije ster die nog steeds wordt omringd door een schijf van puin die is overgebleven van zijn vorming. Nu rapporteren wetenschappers die gegevens van NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) en gepensioneerde Spitzer Space Telescope gebruiken, de ontdekking van een planeet ongeveer zo groot als Neptunus die in iets meer dan een week om de jonge ster draait.

Het systeem, kortweg AU Mic genoemd, biedt een uniek laboratorium om te bestuderen hoe planeten en hun atmosferen zich vormen, evolueren en communiceren met hun sterren.

"AU Mic is een jonge, nabije M-dwergster. Het is omgeven door een enorme puinschijf waarin bewegende stofdeeltjes zijn gevolgd, en nu, dankzij TESS en Spitzer, het heeft een planeet met een directe maatmeting, " zei Bryson Cale, een doctoraatsstudent aan de George Mason University in Fairfax, Virginia. "Er is geen ander bekend systeem dat al deze belangrijke vakjes controleert."

De nieuwe planeet, AU microfoon b, wordt beschreven in een paper, mede geschreven door Cale en geleid door zijn adviseur Peter Plavchan, een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan George Mason. Hun rapport werd woensdag gepubliceerd, 24 juni in het journaal Natuur .

AU Mic b staat op een nieuwe NASA-poster die beschikbaar is in het Engels en Spaans, onderdeel van een Galaxy of Horrors-serie. De leuke maar informatieve serie is het resultaat van een samenwerking van wetenschappers en kunstenaars en werd geproduceerd door NASA's Exoplanet Exploration Program Office.

AU Mic is een koele rode dwergster met een geschatte leeftijd van 20 miljoen tot 30 miljoen jaar, waardoor het een stellaire baby is vergeleken met onze zon, die minstens 150 keer ouder is. De ster is zo jong dat hij voornamelijk schijnt door de warmte die wordt gegenereerd doordat zijn eigen zwaartekracht hem naar binnen trekt en hem samendrukt. Minder dan 10% van de energie van de ster komt van de fusie van waterstof tot helium in de kern, het proces dat sterren zoals onze zon aandrijft.

Het systeem bevindt zich op 31,9 lichtjaar afstand in het zuidelijke sterrenbeeld Microscopium. Het maakt deel uit van een nabijgelegen verzameling sterren genaamd de Beta Pictoris Moving Group, die zijn naam ontleent aan een grotere, heter A-type ster die twee planeten herbergt en eveneens wordt omgeven door een schijf puin.

Hoewel de systemen even oud zijn, hun planeten zijn duidelijk verschillend. De planeet AU Mic b omhelst bijna zijn ster, het voltooien van een baan om de 8,5 dagen. Het weegt minder dan 58 keer de massa van de aarde, plaatsen in de categorie van Neptunus-achtige werelden. Bèta Pictoris b en c, echter, zijn beide minstens 50 keer massiever dan AU Mic b en duren 21 en 3,3 jaar, respectievelijk, om hun ster te draaien.

"We denken dat AU Mic b ver van de ster is gevormd en naar binnen is gemigreerd naar zijn huidige baan, iets dat kan gebeuren als planeten door zwaartekracht interageren met een gasschijf of met andere planeten, " zei co-auteur Thomas Barclay, een associate research scientist aan de Universiteit van Maryland, Baltimore County en een geassocieerde projectwetenschapper voor TESS bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Daarentegen, De baan van Beta Pictoris b lijkt niet veel te zijn gemigreerd. De verschillen tussen deze even oude systemen kunnen ons veel vertellen over hoe planeten ontstaan ​​en migreren."

Het detecteren van planeten rond sterren zoals AU Mic vormt een bijzondere uitdaging. Deze stormachtige sterren bezitten sterke magnetische velden en kunnen worden bedekt met sterrenvlekken - koeler, donkere en sterk magnetische gebieden die lijken op zonnevlekken - die vaak krachtige stellaire fakkels uitbarsten. Zowel de vlekken als hun uitbarstingen dragen bij aan de helderheidsveranderingen van de ster.

In juli en augustus 2018, toen TESS AU Mic observeerde, de ster produceerde talloze fakkels, waarvan sommige krachtiger waren dan de sterkste zonnevlammen die ooit op de zon zijn geregistreerd. Het team voerde een gedetailleerde analyse uit om deze effecten uit de TESS-gegevens te verwijderen.

Wanneer een planeet vanuit ons perspectief voor zijn ster kruist, een gebeurtenis die transit wordt genoemd, zijn passage veroorzaakt een duidelijke dip in de helderheid van de ster. TESS bewaakt grote delen van de lucht, sectoren genoemd, voor 27 dagen per keer. Tijdens deze lange blik, de camera's van de missie maken regelmatig snapshots waarmee wetenschappers veranderingen in stellaire helderheid kunnen volgen.

Regelmatige dalingen in de helderheid van een ster wijzen op de mogelijkheid van een doorgaande planeet. Gebruikelijk, er zijn minstens twee waargenomen transits nodig om de aanwezigheid van een planeet te herkennen.

"Met wat geluk, de tweede van drie TESS-transits vond plaats toen het ruimtevaartuig zich in de buurt van het dichtst bij de aarde bevond. Op zulke momenten, TESS observeert niet omdat het bezig is met het downlinken van alle opgeslagen gegevens, " zei co-auteur Diana Dragomir, een onderzoeksassistent-professor aan de Universiteit van New Mexico in Albuquerque. "Om de leemte op te vullen, ons team kreeg observatietijd op Spitzer, die in 2019 twee extra transits ving en ons in staat stelde de omlooptijd van AU Mic b te bevestigen."

Spitzer was een multifunctioneel infraroodobservatorium dat in bedrijf was van 2003 tot de ontmanteling op 30 januari. 2020. De missie bleek bijzonder bedreven in het detecteren en bestuderen van exoplaneten rond koele sterren. Spitzer gaf de AU Mic-waarnemingen terug tijdens het laatste jaar.

Omdat de hoeveelheid licht die door een transit wordt geblokkeerd afhangt van de grootte van de planeet en de baanafstand, de TESS- en Spitzer-doorvoeren bieden een directe meting van de grootte van de AU Mic b. Analyse van deze metingen laat zien dat de planeet ongeveer 8% groter is dan Neptunus.

Waarnemingen van instrumenten op telescopen op de grond bieden bovengrenzen voor de massa van de planeet. Als een planeet om zijn baan draait, zijn zwaartekracht trekt aan zijn gastster, die enigszins beweegt als reactie. Gevoelige instrumenten op grote telescopen kunnen de radiale snelheid van de ster detecteren, zijn beweging heen en weer langs onze gezichtslijn. Door observaties van het W.M. Keck Observatory en NASA's InfraRed Telescope Facility in Hawaii en het European Southern Observatory in Chili te combineren, het team concludeerde dat AU Mic b een massa heeft die kleiner is dan 58 aardes.

Deze ontdekking toont de kracht van TESS om nieuwe inzichten te verschaffen in goed bestudeerde sterren zoals AU Mic, waar mogelijk meer planeten wachten om gevonden te worden.

"Er is een extra kandidaat-transitgebeurtenis gezien in de TESS-gegevens, en TESS zullen hopelijk later dit jaar AU Mic opnieuw bezoeken tijdens zijn uitgebreide missie, " zei Plavchan. "We blijven de ster volgen met nauwkeurige radiale snelheidsmetingen, dus blijf op de hoogte."

Al decenia, AU Mic heeft astronomen geïntrigeerd als een mogelijk huis voor planeten dankzij de nabijheid, jeugd en heldere puinschijf. Nu TESS en Spitzer er een hebben gevonden, het verhaal komt de cirkel rond. AU Mic is een toetssteensysteem, een nabijgelegen laboratorium voor het begrijpen van de vorming en evolutie van sterren en planeten die de komende decennia zullen worden bestudeerd.