Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Charles Cadieux, een Ph.D. student aan de Université de Montréal en lid van het Institute for Research on Exoplanets (iREx), heeft de ontdekking aangekondigd van TOI-1452 b, een exoplaneet die rond een van de twee kleine sterren draait in een dubbelstersysteem in het Draco-constellatie ongeveer 100 licht- jaar van de aarde.

De exoplaneet is iets groter in omvang en massa dan de aarde en bevindt zich op een afstand van zijn ster waar de temperatuur niet te hoog of te koud zou zijn om vloeibaar water op het oppervlak te laten bestaan. De astronomen denken dat het een 'oceaanplaneet' zou kunnen zijn, een planeet die volledig bedekt is met een dikke laag water, vergelijkbaar met sommige manen van Jupiter en Saturnus.

In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in The Astronomical Journal , Cadieux en zijn team beschrijven de waarnemingen die de aard en kenmerken van deze unieke exoplaneet hebben opgehelderd.

"Ik ben enorm trots op deze ontdekking omdat het het hoge kaliber van onze onderzoekers en instrumentatie laat zien", zegt René Doyon, professor aan de Université de Montréal en directeur van iREx en van het Observatoire du Mont-Mégantic (OMM). "Het is dankzij de OMM, een speciaal instrument ontworpen in onze laboratoria genaamd SPIRou, en een innovatieve analytische methode ontwikkeld door ons onderzoeksteam dat we deze unieke exoplaneet konden detecteren."

Het was NASA's ruimtetelescoop TESS, die de hele hemel afspeurt op zoek naar planetenstelsels die dicht bij de onze liggen, die de onderzoekers op het spoor van deze exoplaneet zette. Op basis van het TESS-signaal, dat elke 11 dagen een lichte afname in helderheid liet zien, voorspelden astronomen een planeet die ongeveer 70% groter was dan de aarde.

Charles Cadieux behoort tot een groep astronomen die follow-upobservaties uitvoert van kandidaten die door TESS zijn geïdentificeerd om hun planeettype en kenmerken te bevestigen. Hij gebruikt PESTO, een camera die op de OMM-telescoop is geïnstalleerd en die is ontwikkeld door professor David Lafrenière van de Université de Montréal en zijn Ph.D. student François-René Lachapelle.

"De OMM speelde een cruciale rol bij het bevestigen van de aard van dit signaal en het schatten van de straal van de planeet", legt Cadieux uit. "Dit was geen routinecontrole. We moesten ervoor zorgen dat het door TESS gedetecteerde signaal echt werd veroorzaakt door een exoplaneet die om TOI-1452 cirkelt, de grootste van de twee sterren in dat dubbelstersysteem."

De gastster TOI-1452 is veel kleiner dan onze zon en is een van de twee sterren van vergelijkbare grootte in het dubbelstersysteem. De twee sterren draaien om elkaar heen en zijn gescheiden door zo'n kleine afstand - 97 astronomische eenheden, of ongeveer twee en een half keer de afstand tussen de zon en Pluto - dat de TESS-telescoop ze als een enkel lichtpunt ziet. Maar de resolutie van PESTO is hoog genoeg om de twee objecten van elkaar te onderscheiden, en de beelden toonden aan dat de exoplaneet in een baan om TOI-1452 draait, wat werd bevestigd door latere observaties door een Japans team.

Inventiviteit op het werk

Om de massa van de planeet te bepalen, observeerden de onderzoekers het systeem vervolgens met SPIRou, een instrument geïnstalleerd op de Canada-France-Hawaii Telescope in Hawai'i. SPIRou is grotendeels ontworpen in Canada en is ideaal voor het bestuderen van sterren met een lage massa, zoals TOI-1452, omdat het werkt in het infraroodspectrum, waar deze sterren het helderst zijn. Zelfs toen kostte het meer dan 50 uur observatie om de massa van de planeet te schatten, waarvan wordt aangenomen dat deze bijna vijf keer zo groot is als die van de aarde.

Onderzoekers Étienne Artigau en Neil Cook, ook bij iREx aan de Université de Montréal, speelden een sleutelrol bij het analyseren van de gegevens. Ze ontwikkelden een krachtige analytische methode die in staat is om de planeet te detecteren in de gegevens die met SPIRou zijn verzameld. "De LBL-methode [voor regel voor regel] stelt ons in staat om de gegevens die zijn verkregen met SPIRou te zuiveren van veel parasietsignalen en om de zwakke signatuur van planeten te onthullen, zoals degene die door ons team is ontdekt", legt Artigau uit.

Het team omvat ook de Quebec-onderzoekers Farbod Jahandar en Thomas Vandal, twee Ph.D. studenten aan de Université de Montréal. Jahandar analyseerde de samenstelling van de gastster, wat handig is om de interne structuur van de planeet te beperken, terwijl Vandal betrokken was bij het analyseren van de gegevens die met SPIRou zijn verzameld.

Een waterige wereld

De exoplaneet TOI-1452 b is waarschijnlijk rotsachtig zoals de aarde, maar zijn straal, massa en dichtheid suggereren een heel andere wereld dan de onze. De aarde is in wezen een zeer droge planeet; ook al noemen we het soms de Blauwe Planeet omdat ongeveer 70% van het oppervlak bedekt is door oceaan, water maakt eigenlijk maar een verwaarloosbare fractie uit van zijn massa - minder dan 1%.

Water kan op sommige exoplaneten veel overvloediger zijn. In de afgelopen jaren hebben astronomen de straal en massa van veel exoplaneten geïdentificeerd en bepaald met een grootte tussen die van de aarde en Neptunus (ongeveer 3,8 keer groter dan de aarde). Sommige van deze planeten hebben een dichtheid die alleen kan worden verklaard als een groot deel van hun massa bestaat uit lichtere materialen dan die waaruit de interne structuur van de aarde bestaat, zoals water. Deze hypothetische werelden worden 'oceaanplaneten' genoemd.

"TOI-1452 b is een van de beste kandidaten voor een oceaanplaneet die we tot nu toe hebben gevonden", zei Cadieux. "Its radius and mass suggest a much lower density than what one would expect for a planet that is basically made up of metal and rock, like Earth."

The University of Toronto's Mykhaylo Plotnykov and Diana Valencia are specialists in exoplanet interior modeling. Their analysis of TOI-1452 b shows that water may make up as much as 30% of its mass, a proportion similar to that of some natural satellites in our Solar System, such as Jupiter's moons Ganymede and Callisto, and Saturn's moons Titan and Enceladus.

To be continued…

An exoplanet such as TOI-1452 b is a perfect candidate for further observation with the James Webb Space Telescope, or Webb for short. It is one of the few known temperate planets that exhibit characteristics consistent with an ocean planet. It is close enough to Earth that researchers can hope to study its atmosphere and test this hypothesis. And, in a stroke of good fortune, it is located in a region of the sky that the telescope can observe year round.

"Our observations with the Webb Telescope will be essential to better understanding TOI-1452 b," said Doyon who overviewed the conception of James Webb's component NIRISS. "As soon as we can, we will book time on Webb to observe this strange and wonderful world."

The article "TOI-1452 b:SPIRou and TESS reveal a super-Earth in a temperate orbit transiting an M4 dwarf" was published in August 12 2022 on The Astronomical Journal . In addition to Charles Cadieux, René Doyon, Étienne Artigau, Neil Cook, Farbod Jahandar and Thomas Vandal at the Université de Montréal's iREx, the research team includes Nicolas B. Cowan (iREx, MSI, McGill, Canada); Björn Benneke, Stefan Pelletier and Antoine Darveau-Bernier (iREx, UdeM, Canada); Ryan Cloutier, former member of iREx (Harvard, U.S.); and co-authors from University of Toronto, France, Brazil, the United States, Japan, Spain, Switzerland, Portugal, Hungary, Germany, and Crimea. + Verder verkennen

New rare 'hot sub-Neptune' exoplanet discovered