Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Uitstralende exoplaneet ontdekt in perfecte vloedstorm

Artistieke illustratie van HD 104067 b, de buitenste exoplaneet in het HD 104067-systeem, en verantwoordelijk voor het potentieel veroorzaken van enorme getijdenenergie op de binnenste kandidaat-exoplaneet, TOI-6713.01. Krediet:NASA/JPL-Caltech

Kunnen getijdenkrachten ervoor zorgen dat het oppervlak van een exoplaneet warmte uitstraalt? Dit is wat een onderzoek aanvaardde in het Astronomical Journal hoopt te kunnen aanpakken terwijl een team van internationale onderzoekers gegevens verzameld van instrumenten op de grond gebruikte om het bestaan ​​van een tweede exoplaneet in het exoplanetaire systeem, HD 104067, te bevestigen, samen met het gebruik van NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)-missie om een ​​extra exoplaneet te identificeren exoplaneet kandidaat. Het onderzoek is beschikbaar op de arXiv preprint-server.



Het unieke aan deze kandidaat-exoplaneet, die in vergelijking met de andere twee in de binnenste baan draait, is dat de getijdenkrachten van de buitenste twee exoplaneten er mogelijk voor zorgen dat het oppervlak van de kandidaat gaat stralen, waarbij de oppervlaktetemperatuur wel 2.300 graden Celsius (4.200 graden Celsius) kan bereiken. Fahrenheit), die de onderzoekers een ‘perfecte vloedstorm’ noemen.

Universe Today bespreekt dit fantastische onderzoek met Dr. Stephen Kane, hoogleraar planetaire astrofysica aan UC Riverside en hoofdauteur van de studie, over de motivatie achter de studie, significante resultaten, de betekenis van de "vloedstorm"-aspecten, volg -uponderzoek en implicaties voor dit systeem bij het bestuderen van andere exoplanetaire systemen. Wat was de motivatie achter dit onderzoek?

"De ster (HD 104067) was een ster waarvan bekend is dat hij een gigantische planeet herbergt in een baan van 55 dagen, en ik heb een lange geschiedenis van obsederen door bekende systemen", vertelt Dr. Kane aan Universe Today. "Toen TESS een mogelijk passerende planeet ter grootte van de aarde ontdekte in een baan van 2,2 dagen (TOI-6713.01), besloot ik het systeem verder te onderzoeken. We verzamelden alle RV-gegevens en ontdekten dat er EEN ANDERE planeet (Uranus-massa) is in een 13 Het begon dus met de TESS-gegevens, maar het systeem werd steeds interessanter naarmate we het meer bestudeerden."

Dr. Kane's geschiedenis van exoplanetair onderzoek omvat een groot aantal architectuur van zonnestelsels, met name die met zeer excentrieke exoplaneten, maar omvat ook vervolgwerk nadat exoplaneten binnen een systeem zijn bevestigd. Recentelijk was hij de tweede auteur van een onderzoek waarin een herziene systeemarchitectuur in het HD 134606-systeem werd besproken, samen met de ontdekking van twee nieuwe superaardes binnen dat systeem.

Voor dit meest recente onderzoek gebruikten Dr. Kane en zijn collega's gegevens van de High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) en High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) op de grond gebaseerde instrumenten en de eerder genoemde TESS-missie om de kenmerken en parameters van beide vast te stellen. de moederster, HD 105067, en de overeenkomstige exoplaneten die eromheen draaien. Maar wat zijn, afgezien van het ontdekken van nog meer exoplaneten binnen het systeem, zoals Dr. Kane opmerkt, de belangrijkste resultaten van dit onderzoek?

Credit:NASA

Dr. Kane vertelt aan Universe Today:"Het meest verbazingwekkende resultaat van ons werk was dat de dynamiek van het systeem ervoor zorgt dat de periode van 2,2 dagen enorme getijdeneffecten ervaart, vergelijkbaar met die ervaren door Io. In dit geval ervaart TOI-6713.01 echter 10 miljoen keer meer getijdenenergie dan Io, resulterend in een oppervlaktetemperatuur van 2.600 K [2.300 graden Celsius (4.200 graden Fahrenheit)] Dit betekent dat de planeet letterlijk gloeit op optische golflengten."

De maan van Jupiter, Io, is het meest vulkanisch actieve planetaire lichaam in het zonnestelsel, dat wordt geproduceerd door getijdenverwarming veroorzaakt door de enorme zwaartekracht van Jupiter in de enigszins excentrische (langwerpige) baan van Io die 1,77 dagen duurt. Dit betekent dat Io op bepaalde punten dichter bij Jupiter komt en op andere punten verder weg van Jupiter, waardoor Io respectievelijk wordt samengedrukt en uitzet.

Gedurende miljoenen jaren heeft deze constante wrijving binnen het binnenste van Io geleid tot de opwarming van de kern, wat heeft geresulteerd in de honderden vulkanen die het oppervlak van Io vormen en ook geen zichtbare inslagkraters. Zoals Dr. Kane vermeldt, ervaart deze nieuwe kandidaat-exoplaneet "10 miljoen keer meer getijdenenergie dan Io", wat aanvullende vragen zou kunnen oproepen over zijn eigen vulkanische activiteit of andere geologische processen. Wat is daarom de betekenis van de "vloedstorm"-aspecten van TOI-6713.01?

Dr. Kane vertelt aan Universe Today:"De reden dat TOI-6713.01 zulke sterke getijdenkrachten ervaart, is vanwege de excentriciteit van de twee buitenste reuzenplaneten, waardoor TOI-6713.01 ook in een excentrische baan wordt gedwongen. Daarom noemde ik de planeet gevangengenomen in een perfecte vloedstorm."

Het HD 104067-systeem met zijn twee buitenste gigantische exoplaneten die de binnenste TOI-6713.01 tot een ‘perfecte vloedstorm’ dwingen, doet enigszins denken aan de eerste drie Galilese manen van Jupiter, Io, Europa en Ganymede, wat betreft hun zwaartekrachteffecten op elkaar gedurende hun banen. .

Er zijn echter enkele verschillen, aangezien de enorme zwaartekracht van Jupiter de belangrijkste kracht is die de vulkanische activiteit van Io aandrijft, en alle drie de manen zich in wat bekend staat als orbitale resonantie, wat betekent dat de banen met elkaar in verhouding staan. Voor elke vier banen van Io zijn er bijvoorbeeld twee banen van Europa en één baan van Ganymedes, waardoor hun baanresonantie 4:2:1 is, wat ertoe leidt dat elke maan regelmatig zwaartekrachtinvloeden op elkaar veroorzaakt.

Hoe verhoudt dit zich tot de relatie tussen Io, Europa en Ganymedes, nu het vloedstormaspect op TOI-6713.01 wordt veroorzaakt door de excentriciteiten van de twee buitenste reuzen?

Dr. Kane vertelt aan Universe Today:“De Laplace-resonantie van de Galilese manen creëert een bijzonder krachtige configuratie, waarbij regelmatige uitlijningen van de binnenste drie manen Io regelmatig in een excentrische baan dwingen. Het HD 104067-systeem is niet in resonantie, maar is nog steeds in staat om produceren een machtsconfiguratie doordat de b- en c-planeten zo massief zijn en is daarom meer een 'brute force'-effect waarbij de binnenste transitplaneet in een excentrische baan wordt gedwongen."

Zoals gezegd werd TOI-6713.01 ontdekt met behulp van de radiale snelheidsmethode, ook bekend als Doppler-spectroscopie. Dit betekent dat astronomen de minuscule veranderingen in de beweging van de moederster hebben gemeten terwijl deze tijdens de baan van laatstgenoemde lichtjes door de planeet wordt getrokken.

Deze kleine veranderingen zorgen ervoor dat de moederster gaat wiebelen terwijl de twee lichamen aan elkaar trekken. Astronomen gebruiken een spectrograaf om veranderingen in deze wiebelingen te detecteren als de ster ‘dichterbij’ en ‘verder weg’ van ons beweegt om exoplaneten te vinden.

Deze methode is zeer effectief gebleken bij het vinden van exoplaneten, aangezien deze bijna 20% van het totaal aantal bevestigde exoplaneten tot nu toe uitmaakt, en de eerste exoplaneet die rond een ster als de onze draait, werd met behulp van deze methode ontdekt. Ondanks de effectiviteit van de radiale snelheid merkt het onderzoek echter op dat TOI-6713.01 "nog moet worden bevestigd", dus welke aanvullende waarnemingen zijn nodig om het bestaan ​​ervan te bevestigen?

Dr. Kanes vertelt aan Universe Today:“Omdat de planeet zo klein is, is het moeilijk om hem te detecteren op basis van de radiale snelheidsgegevens. De transits zien er echter schoon uit en we hebben sterbesmetting uitgesloten. Extra transits zullen helpen, maar we zijn op dit moment vrij zeker van het bestaan ​​van de planeet."

Deze studie komt omdat het totale aantal exoplaneetsystemen bijna 4.200 bedraagt, terwijl het aantal bevestigde exoplaneten de 5.600 overschrijdt en er meer dan 10.100 exoplaneetkandidaten wachten om hopelijk bevestigd te worden. Deze systeemarchitecturen blijken sterk te verschillen van ons eigen zonnestelsel, dat bestaat uit de aardse (rotsachtige) planeten die dichter bij de zon staan ​​en de gasreuzen die veel verder weg in een baan rond de zon draaien.

Voorbeelden zijn onder meer hete Jupiters die gevaarlijk dicht bij hun moederster draaien, sommige in slechts een paar dagen, en andere systemen met zeven exoplaneten ter grootte van de aarde, waarvan sommige binnen de bewoonbare zone draaien. Wat kan deze unieke architectuur van het zonnestelsel ons daarom leren over exoplanetaire systemen in het algemeen, en welke andere exoplanetaire systemen dit weerspiegelen?

Dr. Kane vertelt aan Universe Today:“Dit systeem is een geweldig voorbeeld van extreme omgevingen waarin planeten zich kunnen bevinden. Er zijn verschillende gevallen geweest van terrestrische planeten die dicht bij hun ster staan ​​en worden verwarmd door de energie van de ster, maar er zijn er maar heel weinig geweest. gevallen waarin de getijdenenergie de planeet van binnenuit doet smelten."

De potentiële ontdekking van een exoplaneet die in een baan rond een ‘perfecte vloedstorm’ draait, demonstreert verder de talloze kenmerken die exoplaneten en exoplanetaire systemen vertonen, terwijl ze contrasteren met zowel ons eigen zonnestelsel als wat astronomen er tot nu toe over hebben geleerd. Indien bevestigd, zal TOI-6713.01 ons begrip van de vorming en evolutie van exoplaneten en exoplanetaire systemen blijven vormen, niet alleen in ons Melkwegstelsel, maar ook in de hele kosmos.

"Het universum is een geweldige plek!" Dr. Kane vertelt Universe Today. "Het leuke aan dit specifieke project is dat het allemaal begon met 'Hmm... dit kan interessant zijn' en vervolgens uitgroeide tot iets veel fascinerenders dan ik me had kunnen voorstellen! Het bewijst maar weer eens:mis nooit meer de kans om je nieuwsgierigheid te volgen."

Meer informatie: Stephen R. Kane et al, A Perfect Tidal Storm:HD 104067 Planetaire architectuur Een gloeiende wereld creëren, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.17062

Journaalinformatie: Astronomisch tijdschrift , arXiv

Aangeboden door Universe Today