In een heerlijke afstemming van astronomie en wiskunde, wetenschappers van MIT en elders hebben een "pi-aarde" ontdekt - een planeet ter grootte van de aarde die elke 3,14 dagen rond zijn ster draait, in een baan die doet denken aan de universele wiskundige constante.

De onderzoekers ontdekten signalen van de planeet in gegevens die in 2017 werden genomen door de K2-missie van de NASA Kepler Space Telescope. Door eerder dit jaar met SPECULOOS op het systeem in te gaan, een netwerk van telescopen op de grond, het team bevestigde dat de signalen afkomstig waren van een planeet die om zijn ster draait. En inderdaad, de planeet lijkt vandaag nog steeds rond zijn ster te cirkelen, met een pi-achtige periode, elke 3,14 dagen.

"De planeet beweegt als een uurwerk, " zegt Prajwal Niraula, een afgestudeerde student aan het MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS), wie is de hoofdauteur van een artikel dat vandaag is gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift , getiteld:"π Earth:a 3,14-day Earth-sized Planet from K2's Kitchen Warm geserveerd door het SPECULOOS-team."

"Iedereen heeft tegenwoordig een beetje plezier nodig, " zegt co-auteur Julien de Wit, van zowel de papieren titel als de ontdekking van de pi-planeet zelf.

Planeetextractie

De nieuwe planeet heet K2-315b; het is het 315e planetaire systeem dat in K2-gegevens is ontdekt - slechts één systeem dat een nog meer toevallige plaats op de lijst mist.

De onderzoekers schatten dat K2-315b een straal heeft van 0,95 die van de aarde, waardoor het zowat de grootte van de aarde is. Het draait om een ​​koele, een ster met een lage massa die ongeveer een vijfde zo groot is als de zon. De planeet draait elke 3,14 dagen om zijn ster, met een zinderende 81 kilometer per seconde, of ongeveer 181, 000 mijl per uur.

Hoewel de massa nog moet worden bepaald, wetenschappers vermoeden dat K2-315b terrestrisch is, zoals de aarde. Maar de pi-planeet is waarschijnlijk niet bewoonbaar, omdat zijn strakke baan de planeet dicht genoeg bij zijn ster brengt om het oppervlak tot 450 kelvin te verwarmen, of rond de 350 graden Fahrenheit - perfect, zoals het blijkt, voor het bakken van echte taart.

"Dit zou te heet zijn om bewoonbaar te zijn in de algemene opvatting van de uitdrukking, " zegt Niraula, die eraan toevoegt dat de opwinding rond deze specifieke planeet, afgezien van de associaties met de wiskundige constante pi, is dat het een veelbelovende kandidaat kan zijn voor het bestuderen van de kenmerken van zijn atmosfeer.

"We weten nu dat we planeten kunnen delven en extraheren uit archiefgegevens, en hopelijk blijven er geen planeten achter, vooral deze echt belangrijke die een grote impact hebben, zegt de Wit, die een assistent-professor is in EAPS, en lid van MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

Niraula en de Wit's MIT co-auteurs zijn Benjamin Rackham en Artem Burdanov, samen met een team van internationale medewerkers.

Dips in de gegevens

De onderzoekers zijn lid van SPECULOOS, een acroniem voor The Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars, en genoemd naar een netwerk van vier 1-meter telescopen in de Atacama-woestijn in Chili, die de lucht over het zuidelijk halfrond aftasten. Meest recent, het netwerk voegde een vijfde telescoop toe, die als eerste op het noordelijk halfrond is gevestigd, genaamd Artemis - een project dat werd geleid door onderzoekers van het MIT.

De SPECULOOS-telescopen zijn ontworpen om te zoeken naar aardachtige planeten in de buurt, ultrakoele dwergen - kleine, vage sterren die astronomen een betere kans bieden om een ​​planeet in een baan om de aarde te spotten en de atmosfeer te karakteriseren, aangezien deze sterren de schittering van veel grotere missen, helderdere sterren.

"Deze ultrakoele dwergen zijn verspreid over de hele hemel, "Zegt Burdanov. "Gerichte grondonderzoeken zoals SPECULOOS zijn nuttig omdat we deze ultrakoele dwergen één voor één kunnen bekijken."

Vooral, astronomen kijken naar individuele sterren op tekenen van transits, of periodieke dips in het licht van een ster, die een mogelijke oversteek van de planeet voor de ster aangeven, en kort het licht blokkeren.

Eerder dit jaar, Niraula kwam een ​​koele dwerg tegen, iets warmer dan de algemeen aanvaarde drempel voor een ultrakoele dwerg, in gegevens verzameld door de K2-campagne - de tweede waarnemingsmissie van de Kepler Space Telescope, die splinters van de lucht bewaakte terwijl het ruimtevaartuig rond de zon cirkelde.

Gedurende een aantal maanden in 2017, de Kepler-telescoop observeerde een deel van de lucht dat de koele dwerg bevatte, gelabeld in de K2-gegevens als EPIC 249631677. Niraula kamde door deze periode en vond ongeveer 20 dips in het licht van deze ster, dat leek zich elke 3,14 dagen te herhalen.

Het team analyseerde de signalen, het testen van verschillende potentiële astrofysische scenario's voor hun oorsprong, en bevestigde dat de signalen waarschijnlijk van een doorgaande planeet waren, en niet een product van andere fenomenen zoals een dubbelstersysteem van twee spiraalvormige sterren.

De onderzoekers waren vervolgens van plan om met SPECULOOS de ster en zijn om de aarde draaiende planeet van dichterbij te bekijken. Maar eerst, ze moesten een tijdvenster identificeren waarop ze zeker een transit zouden halen.

"Het is een beetje lastig om de beste nacht vast te stellen om vanaf de grond op te volgen, " zegt Rackham, die een voorspellingsalgoritme ontwikkelde om te voorspellen wanneer een doorvoer de volgende keer zou kunnen plaatsvinden. "Zelfs als je dit signaal van 3,14 dagen in de K2-gegevens ziet, daar zit een onzekerheid in, die optelt bij elke baan."

Met het voorspellingsalgoritme van Rackham, de groep vernauwde zich op verschillende nachten in februari 2020, waarin ze waarschijnlijk de planeet voor zijn ster zouden zien passeren. Vervolgens richtten ze de telescopen van SPECULOOS in de richting van de ster en konden ze drie duidelijke transits zien:twee met de telescopen van het zuidelijk halfrond van het netwerk, en de derde van Artemis, op het noordelijk halfrond.

De onderzoekers zeggen dat de nieuwe pi-planeet een veelbelovende kandidaat kan zijn om op te volgen met de James Webb Space Telescope (JWST), details van de atmosfeer van de planeet te zien. Voor nu, het team bekijkt andere datasets, zoals van NASA's TESS-missie, en observeren ook rechtstreeks de lucht met Artemis en de rest van het SPECULOOS-netwerk, voor tekenen van aardachtige planeten.

"Er zullen in de toekomst meer interessante planeten zijn, net op tijd voor JWST, een telescoop ontworpen om de atmosfeer van deze buitenaardse werelden te onderzoeken, ", zegt Niraula. "Met betere algoritmen, Hopelijk op een dag, we kunnen zoeken naar kleinere planeten, zelfs zo klein als Mars."