Pierwsza taka egzoplaneta w dorobku teleskopu TESS. „Niebo jak nad Tatooine”

Wieść o wykryciu nowego obiektu planetarnego ogłoszono na początku stycznia 2020 roku na konferencji zorganizowanej w Honolulu na Hawajach przez American Astronomical Society. W jej trakcie naukowcy z NASA Goddard Space Flight Center oraz San Diego State University przedstawili dane dotyczące nietypowego obiektu, nazwanego TOI-1338 b. Planeta swoją masą zdecydowanie przewyższa Ziemię (blisko siedmiokrotnie), charakteryzując się rozmiarami zbliżonymi do Neptuna bądź Saturna. Została dostrzeżona w konstelacji Malarza na dystansie blisko 1300 lat świetlnych od Ziemi - w pobliżu dwóch gwiazd krążących wokół wspólnego środka masy z okresem pełnego wzajemnego obiegu wynoszącym 15 dni.

Jest to układ z dominującą gwiazdą ciągu głównego, o masie blisko 10 proc. większej od masy Słońca. Towarzyszy jej znacznie lżejszy i ciemniejszy obiekt gwiazdowy (1/3 masy Słońca), prawdopodobnie czerwony karzeł typu widmowego M. Wspólnie tworzą system określany mianem zaćmieniowego względem Ziemi – gdzie mniejsza gwiazda może zostać wykryta podczas tranzytu na tle większego towarzysza.

Napotkana w tym układzie egzoplaneta TOI-1338 b okrąża wspomniany układ podwójny w nieregularnym czasie od 93 do 95 dni. Płaszczyzna jej orbity wokół centrum systemu gwiazdowego nie jest ustabilizowana – kąt orbity planety względem osi obserwacji zmienia się na tyle, że jej tranzyt zakończy się po listopadzie 2023 roku i wznowi osiem lat później.

Wykrycie TOI-1338 b jest pierwszym tego rodzaju na koncie teleskopu orbitalnego TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), wystrzelonego w kwietniu 2018 roku na orbitę okołoziemską, gdzie zaczął działać 25 lipca tego samego roku. Choć podwójne układy gwiazdowe są z założenia znacznie bardziej pospolite w kosmosie niż te pojedyncze (szacuje się, że układy mnogie stanowią od 70 do 85 proc. wszystkich systemów), jak dotąd znaleziska związane z przyporządkowanymi do nich planetami nie należą do zbyt częstych. Do 2017 roku potwierdzono co najmniej 23 przypadki, gdzie planeta okrąża wspólny środek masy binarnego układu gwiazdowego (tzw. circumbinary planets).

Duże zasługi na tym polu zanotowały wcześniej misje teleskopu kosmicznego Keplera oraz NASA K2, które „wypatrzyły” co najmniej 12 takich obiektów, krążących w 10 systemach gwiazdowych. Z kolei całkowity obecny dorobek TESS to 37 oficjalnie potwierdzonych (stan na 5 grudnia 2019 roku) wykryć planet pozasłonecznych różnego rodzaju.

Astronomowie spodziewają się jednak, że liczba ta w szybkim tempie wzrośnie, biorąc pod uwagę wyznaczony obszar poszukiwań i możliwości aparatury. TESS ma cztery kamery, z których każda robi pełnoekranowe zdjęcie wycinka nieba co 30 minut, przez 27 dni. Naukowcy wykorzystują obserwacje do generowania wykresów zmian jasności gwiazd w przyjętym czasie. Kiedy planeta pojawia się na tle swojej gwiazdy, ​​jej przejście powoduje mniej lub bardziej wyraźny spadek jasności źródła.

Planety krążące wokół dwóch gwiazd są trudniejsze do wykrycia niż te krążące wokół jednej. Tranzyty TOI 1338 b są nieregularne i różnią się nachyleniem oraz czasem trwania, pod wpływem współoddziaływania dwóch gwiazd. TESS dostrzega tylko przejścia przez tarczę większej gwiazdy; tranzyty na tle mniejszej są zbyt słabe, aby je wykryć. „Z tymi rodzajami sygnałów mają poważny problem algorytmy” - powiedział kierownik zespołu badawczego zajmującego się znaleziskiem, Veselin Kostov z SETI Institute i NASA Goddard Space Flight Center. „Ludzkie oko jest wyjątkowo dobre w rozpoznawaniu prawidłowości charakteryzujących ciągi danych, zwłaszcza nieregularnych, takich jak te, które widzimy w tranzytach z tych systemów” - podkreślił. To właśnie dlatego praktykanci NASA, jak Wolf Cukier, zajmują się wizualną weryfikacją każdego potencjalnego tranzytu.

Przy ustalaniu specyfiki systemu TOI 1338 wykorzystano również wcześniejsze badania i pomiary prędkości kątowej układu względem obserwatora. Zespół Kostova wykorzystał te archiwalne dane do analizy systemu i potwierdzenia obecności planety.

TESS to misja w ramach programu NASA Astrophysics Explorer, prowadzona i obsługiwana przez MIT w stanie Massachusetts i zarządzana przez NASA Goddard Space Flight Center. Dodatkowymi partnerami są koncern Northrop Grumman; laboratorium NASA Ames Research Center w Dolinie Krzemowej w Kalifornii; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; Laboratorium Lincoln MIT oraz Space Telescope Science Institute w Baltimore.