Met behulp van waarnemingen van NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), een internationaal team van astronomen heeft een drietal hete werelden ontdekt die groter zijn dan de aarde in een baan rond een veel jongere versie van onze zon genaamd TOI 451. Het systeem bevindt zich in de recent ontdekte Pisces-Eridanus-stroom, een verzameling sterren van minder dan 3% van de leeftijd van ons zonnestelsel die zich over een derde van de hemel uitstrekt.

De planeten werden ontdekt in TESS-afbeeldingen die tussen oktober en december 2018 zijn gemaakt. Vervolgstudies van TOI 451 en zijn planeten omvatten waarnemingen die in 2019 en 2020 zijn gedaan met behulp van NASA's Spitzer Space Telescope, die inmiddels met pensioen is gegaan, evenals vele grondgebonden faciliteiten. Archief infraroodgegevens van NASA's Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE) satelliet - verzameld tussen 2009 en 2011 onder de vorige naam, WISE:suggereert dat het systeem een ​​koele schijf van stof en rotsachtig puin vasthoudt. Andere waarnemingen tonen aan dat TOI 451 waarschijnlijk twee verre stellaire metgezellen heeft die ver buiten de planeten om elkaar cirkelen.

"Dit systeem controleert veel vakjes voor astronomen, " zei Elisabeth Newton, een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan het Dartmouth College in Hanover, New Hampshire, die het onderzoek leidde. "Het is slechts 120 miljoen jaar oud en slechts 400 lichtjaar verwijderd, waardoor gedetailleerde observaties van dit jonge planetenstelsel mogelijk zijn. En omdat er drie planeten zijn tussen twee en vier keer de grootte van de aarde, ze maken bijzonder veelbelovende doelen voor het testen van theorieën over hoe planetaire atmosferen evolueren."

Op 14 januari werd een paper gepubliceerd waarin de bevindingen werden gerapporteerd Het astronomische tijdschrift .

Stellaire stromen ontstaan ​​wanneer de zwaartekracht van ons Melkwegstelsel sterclusters of dwergstelsels uit elkaar scheurt. De afzonderlijke sterren bewegen langs de oorspronkelijke baan van de cluster, vormen een langgerekte groep die zich geleidelijk verspreidt.

in 2019, een team onder leiding van Stefan Meingast van de Universiteit van Wenen gebruikte gegevens van de Gaia-missie van de European Space Agency om de Pisces-Eridanus-stroom te ontdekken, genoemd naar de sterrenbeelden met de grootste concentraties sterren. Zich uitstrekkend over 14 sterrenbeelden, de stroom is ongeveer 1, 300 lichtjaar lang. Echter, de aanvankelijk voor de stroom vastgestelde leeftijd was veel ouder dan we nu denken.

Later in 2019, onderzoekers onder leiding van Jason Curtis van de Columbia University in New York City analyseerden TESS-gegevens voor tientallen streamleden. Jongere sterren draaien sneller dan hun oudere tegenhangers, en ze hebben ook de neiging om prominente sterrenvlekken te hebben - donkerder, koelere streken zoals zonnevlekken. Terwijl deze plekken in en uit ons zicht draaien, ze kunnen kleine variaties in de helderheid van een ster produceren die TESS kan meten.

De TESS-metingen onthulden overweldigend bewijs van sterrenvlekken en snelle rotatie tussen de sterren van de stroom. Op basis van dit resultaat, Curtis en zijn collega's ontdekten dat de stroom slechts 120 miljoen jaar oud was - vergelijkbaar met het beroemde Pleiaden-cluster en acht keer jonger dan eerdere schattingen. De massa, jeugd, en de nabijheid van de Vissen-Eridanus-stroom maken het een opwindend fundamenteel laboratorium voor het bestuderen van ster- en planeetvorming en evolutie.

"Dankzij TESS's bijna all-sky dekking, metingen die een zoektocht naar planeten die om leden van deze stroom draaien zouden kunnen ondersteunen, waren al voor ons beschikbaar toen de stroom werd geïdentificeerd, " zei Jessie Christiansen, een co-auteur van het artikel en de plaatsvervangend wetenschappelijk leider bij het NASA Exoplanet Archive, een faciliteit voor het onderzoeken van werelden buiten ons zonnestelsel beheerd door Caltech in Pasadena, Californië. "TESS-gegevens zullen ons in staat blijven stellen om de komende jaren de grenzen te verleggen van wat we weten over exoplaneten en hun systemen."

De jonge ster TOI 451, beter bekend bij astronomen als CD-38 1467, bevindt zich op ongeveer 400 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Eridanus. Het heeft 95% van de massa van onze zon, maar het is 12% kleiner, iets koeler, en stoot 35% minder energie uit. TOI 451 roteert elke 5,1 dagen, die meer dan vijf keer sneller is dan de zon.

TESS ontdekt nieuwe werelden door te zoeken naar transits, de lichte, regelmatige dimmingen die optreden wanneer een planeet vanuit ons perspectief voor zijn ster passeert. Transits van alle drie de planeten zijn duidelijk zichtbaar in de TESS-gegevens. Het team van Newton verkreeg metingen van Spitzer die de TESS-bevindingen ondersteunden en hielpen mogelijke alternatieve verklaringen uit te sluiten. Aanvullende follow-upwaarnemingen kwamen van Las Cumbres Observatory - een wereldwijd telescoopnetwerk met hoofdkantoor in Goleta, Californië - en de Perth Exoplanet Survey Telescope in Australië.

Zelfs de meest verre planeet van TOI 451 draait drie keer dichter bij de zon dan Mercurius ooit nadert, dus al deze werelden zijn behoorlijk heet en onherbergzaam voor het leven zoals wij het kennen. Temperatuurschattingen variëren van ongeveer 2, 200 graden Fahrenheit (1, 200 graden Celsius) voor de binnenste planeet tot ongeveer 840 F (450 C) voor de buitenste.

TOI 451 b draait om de 1,9 dagen, is ongeveer 1,9 keer de aarde, en de geschatte massa varieert van twee tot twaalf keer die van de aarde. De volgende planeet buiten, TOI 451c, voltooit een baan om de 9,2 dagen, is ongeveer drie keer groter dan de aarde, en heeft tussen de drie en 16 keer de massa van de aarde. De verste en grootste wereld, TOI 451 d, draait elke 16 dagen om de ster, is vier keer zo groot als onze planeet, en weegt tussen de vier en 19 aardmassa's.

Astronomen verwachten dat planeten zo groot als deze een groot deel van hun atmosfeer zullen behouden, ondanks de intense hitte van hun nabije ster. Verschillende theorieën over hoe atmosferen evolueren tegen de tijd dat een planetair systeem de leeftijd van TOI 451 bereikt, voorspellen een breed scala aan eigenschappen. Het observeren van sterlicht dat door de atmosferen van deze planeten gaat, biedt de mogelijkheid om deze ontwikkelingsfase te bestuderen en kan helpen bij het beperken van de huidige modellen.

"Door sterlicht te meten dat de atmosfeer van een planeet binnendringt op verschillende golflengten, we kunnen de chemische samenstelling en de aanwezigheid van wolken of nevels op grote hoogte afleiden, " zei Elisa Quintana, een astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "De planeten van TOI 451 bieden uitstekende doelen voor dergelijke studies met Hubble en de aankomende James Webb Space Telescope."

Waarnemingen van WISE laten zien dat het systeem ongewoon helder is in infrarood licht, die onzichtbaar is voor menselijke ogen, bij golflengten van 12 en 24 micrometer. Dit suggereert de aanwezigheid van een puinschijf, waar rotsachtige asteroïde-achtige lichamen botsen en zichzelf tot stof vermalen. Hoewel Newton en haar team de omvang van de schijf niet kunnen bepalen, ze zien het als een diffuse ring van steen en stof, ongeveer even ver van de ster verwijderd als Jupiter van onze zon.

De onderzoekers onderzochten ook een zwakke naburige ster die ongeveer twee pixels verwijderd is van TOI 451 in TESS-afbeeldingen. Op basis van Gaia-gegevens, Het team van Newton heeft vastgesteld dat deze ster een zwaartekrachtgebonden metgezel is die zich zo ver van TOI 451 bevindt dat zijn licht er 27 dagen over doet om daar te komen. In feite, de onderzoekers denken dat de metgezel waarschijnlijk een binair systeem is van twee M-type dwergsterren, elk met ongeveer 45% van de massa van de zon en die slechts 2% van zijn energie uitstraalt.