Obfite łowy egzoplanetarnego teleskopu TESS

Wraz z końcem lipca zespół NASA obsługujący działanie obserwatorium kosmicznego TESS potwierdził dwie serie odkryć egzoplanet, wśród których znalazły się obiekty potencjalnie sprzyjające utrzymaniu wody w stanie ciekłym. W pierwszym rzucie przedstawiono trzy nowe światy odnalezione w układzie gwiazdy UCAC4 191-004642, nazwanym roboczo TOI 270 (skrót od TESS Object of Interest) i zlokalizowanym w gwiazdozbiorze Malarza w odległości 73 lat świetlnych od Słońca. W centrum grawitacji systemu zidentyfikowano niskoaktywnego czerwonego karła (typu widmowego M) o masie i rozmiarach o 40 proc. mniejszych od Słońca.

W jego najbliższym otoczeniu wykryto najpierw planetę skalistą, o rozmiarach 25 proc. większych od Ziemi. Obiekt, oznaczony jako TOI 270b, krąży po bardzo ciasnej orbicie (13 razy bliżej niż dystans Merkurego do Słońca), dokonując pełnego obiegu wokół macierzystej gwiazdy w ciągu zaledwie 3,4 dnia. Odległość ta wystarczy, by podgrzać powierzchnię planety do temperatury 254 stopni (uwzględniając jedynie dostarczoną energię cieplną, z pominięciem możliwej akumulacji przez atmosferę). Nie bez powodu też podobne skaliste światy badacze zwykli nazywać "gorącymi Ziemiami".

Tym, co wzbudziło jednak szersze zainteresowanie zespołu TESS okazały się dwie kolejne planety układu, TOI 270c oraz TOI 270d - rzadko spotykane obiekty typu "mini-Neptun". Obie sklasyfikowano bowiem jako niewielkie planety gazowo-skaliste, o rozmiarach zaledwie 2-2,5 razy większych od Ziemi (jednak bardziej masywne od niej, odpowiednio o 5 i 7 razy).

Wskazuje się, że nie mają one swojego bezpośredniego odpowiednika wśród planet Układu Słonecznego. Orbity obu "mini-Neptunów" są nieznacznie bardziej oddalone od centrum układu niż TOI 270b. W przypadku TOI 270c obieg trwa 5,7 dnia, z kolei TOI 270d pokonuje swoją trasę wokół gwiazdy w ciągu nieco ponad 11 dni.

Zainteresowanie naukowców wynika głównie z tego, że obie wskazane planety łączą w sobie cechy dwóch osobnych kategorii strukturalnych i rozmiarowych. Co więcej jednak z nich, TOI 270d znajduje się dodatkowo w strefie zrównoważonego oddziaływania gwiazdy, co może oznaczać odpowiednio niską temperaturę (w granicach 67 stopni Celsjusza) dla zachodzenia korzystnych biologicznie procesów atmosferycznych. Jednocześnie, fakt istnienia dwóch podobnych ciał tego typu w bezpośrednim sąsiedztwie daje też możliwość prowadzenia dokładnych badań porównawczych.

Kolejne trio egzoplanet - znacznie bliżej Układu Słonecznego

Osobny wątek odkryć z ostatniego czasu dotyczy trzech innych planet, namierzonych w układzie gwiazdy GJ 357 (gwiazdozbiór Hydry), oddalonej od Słońca o 31 lat świetlnych. Obiekt zidentyfikowano jako czerwonego karła - typu widmowego M, o jasności absolutnej blisko o połowę mniejszej od Słońca (klasyfikowanego jako żółty karzeł z przedziału G2).

Egzoplanety odnalezione w systemie GJ 357 oznaczono odpowiednio jako GJ 357b, GJ 357c i GJ 357d. Pierwsza "dwójka" to obiekty skaliste krążące po ciasnych orbitach wokół gwiazdy macierzystej. Wewnętrzna GJ 357b, której tranzyt na tle gwiazdy zaobserwowano, jest o 22 proc. większa od Ziemi i okrąża gwiazdę na dystansie 11 razy mniejszym niż odległość między Merkurym a Słońcem (jeden pełny obieg trwa zaledwie 4 ziemskie dni). Temperatura na niej panująca może sięgać nawet 255 stopni Celsjusza, co czyni ją bardzo podobnym znaleziskiem do TOI 270b.

Z kolei GJ 357 c - druga w kolejności rozpoznana planeta układu - jest około 3,4 raza większa od Ziemi i wykonuje pełen obieg wokół gwiazdy w czasie 9,1 dnia. Temperatura, jaka może na niej panować (bez uwzględnienia wpływu atmosfery) to 127 stopni Celsjusza. Planetę tę zlokalizowano stosując metody pośrednie - TESS nie zdołał zaobserwować bowiem jej tranzytu. Zamiast tego, wykorzystano obliczenia bazujące na wykrywanych zmianach prędkości kątowej samej gwiazdy (spowodowanych oddziaływaniem grawitacyjnym poszukiwanych planet).

Na podobnej zasadzie zlokalizowano również trzeci ze światów - najbardziej oddaloną od gwiazdy GJ 357 planetę GJ 357d. Skupiła ona szczególną uwagę badaczy, jako skalisty obiekt blisko sześciokrotnie bardziej masywny od Ziemi, położony dodatkowo w strefie potencjalnie sprzyjającej utrzymaniu wody w stanie ciekłym. GJ 357d okrąża "własną" gwiazdę w czasie poniżej 58 dni, po orbicie o średnim promieniu stanowiącym 20 proc. odległości Ziemi od Słońca, czyli sięgającym ok. 30 mln km).

W poszukiwaniu tranzytów

Teleskop kosmiczny TESS pozostaje w służbie od kwietnia 2018 roku jako najnowszy działający system NASA przeznaczony do poszukiwania nowych światów poza Układem Słonecznym. Zastępuje w tym zakresie zakończoną już misję Kepler, względem której oferuje znacznie poszerzone pole widzenia (400 razy większy obszar nieba w zasięgu) oraz możliwość obserwowania mniej oddalonych, a także znacznie jaśniejszych układów gwiazdowych - od 30 do 100 razy niż te badane przez poprzednika.

TESS zaprojektowano w celu wyszukiwania planet pozasłonecznych metodą tranzytu. Misję wybrano do realizacji jako jeden z elementów programu NASA Explorer. Projekt uruchomiono we współpracy z Massachusetts Institute of Technology.

Czas trwania misji TESS wyliczono na około 2 lata - obserwatorium "minęło" już zatem jej półmetek. W tym czasie teleskop może zbadać nawet do 500 tys. gwiazd. W trwających nie mniej niż 27 dni przedziałach czasowych obserwatorium koncentruje się na kolejnych fragmentach sfery niebieskiej – każdy o rozmiarze kątowym 24 x 96 stopni. Astronomowie szacują, że obserwatorium ma szansę odnaleźć nieco ponad 2 tys. nieznanych dotąd planet, w tym kilkaset typu ziemskiego.