Sonda Kepler odkryła większość znanych nam egzoplanet. Jednak jego następca, TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) bardzo szybko nadrabia zaległości. W najnowszym artykule ogłoszono odkrycie przez TESS kolejnych ośmiu kandydatów na superziemie.
Misja poszukiwania planet przez TESS ma bardziej wyrafinowany cel niż jej poprzedniczka, misja Kepler. TESS został zbudowany specjalnie do wykrywania egzoplanet tranzytujących przed jasnymi gwiazdami w sąsiedztwie Ziemi. Znaleziono już około 400 potwierdzonych egzoplanet, ale istnieje lista egzoplanet oczekujących na potwierdzenie, zawiera już prawie 6000 kandydatów. Istnieją tylko dwa sposoby potwierdzenia wszystkich tych egzoplanet w oczekiwaniu: dalsze obserwacje i metody statystyczne.
To, co oznaczają wszyscy ci niepotwierdzeni kandydaci, to dane. Potencjalne planety ukrywają się w danych TESS i czekają, aż naukowcy potwierdzą ich istnienie.
Projekt Validation of Transiting Exoplanets using Statistical Tools (VaTEST) wykorzystuje narzędzia statystyczne i uczenie maszynowe do przeglądania wszystkich danych TESS w poszukiwaniu nieuchwytnych egzoplanet. W projekcie VaTEST naukowcy są w stanie nie tylko potwierdzać planety, omijając fałszywe alarmy; potrafią także scharakteryzować atmosfery egzoplanet nadające się do dalszych badań.
Zespół naukowców przedstawił swoje wyniki w artykule zatytułowanym „VaTEST III: Validation of 8 Potential Super-Earths from TESS Data”. Artykuł ten został opublikowany w periodyku Publications of the Astronomical Society of Australia i jest obecnie dostępny na serwerze preprintów arXiv. Głównym autorem jest doktor Priyashkumar Mistry, student Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Australii.
Fałszywie pozytywne wyniki są stałym problemem w nauce o egzoplanetach. Kiedy się nad tym zastanowić, łatwo zrozumieć dlaczego. TESS szuka niewielkich spadków światła gwiazd wokół odległych gwiazd, spowodowanych przejściem egzoplanety przed tarczą jej gwiazdy macierzystej. Jeden spadek jasności nie wystarczy; potrzebujemy kilku i muszą one występować regularnie. Ale inne rzeczy mogą dawać fałszywe wrażenie planety w tranzycie, na przykład zaćmienia gwiazd podwójnych. Nawet naturalna zmienność gwiazdy może zaburzać sygnały.
W związku z tym TESS zebrał ogromną ilość danych, które należy przetworzyć, oddzielając fałszywe alarmy od rzeczywistych sygnałów i właśnie tym zajmuje się VaTEST. W tym artykule zespół zweryfikował osiem kolejnych superziemi.
„Zatwierdziliśmy osiem potencjalnych superziemi, korzystając z kombinacji danych z naziemnego teleskopu, zdjęć o wysokiej rozdzielczości i narzędzia do walidacji statystycznej znanego jako TRICERATOPS”
– piszą autorzy.
Badacze nie tylko znaleźli osiem kolejnych superziemi, ale zidentyfikowali sześć z nich, które są doskonałymi kandydatami do dodatkowych badań. „Wśród wszystkich zatwierdzonych planet sześć z nich należy do obszaru zwanego planetami kluczowymi, co czyni je szczególnie interesującymi do badań” – wyjaśniają.
Planeta kluczowa to pomysł mający swoje korzenie w biologii. W biologii gatunek kluczowy to taki, który definiuje cały ekosystem. Świetnym przykładem jest koralowiec w rafach koralowych. Rafy koralowe to odrębny ekosystem zakotwiczony przez koralowce.
W nauce o egzoplanetach planeta kluczowa to planeta, która pomaga wyjaśnić ogólną populację egzoplanet. W szczególności pomaga wyjaśnić różnicę w promieniach, którą widzimy w populacjach egzoplanet. Istnieje niedobór planet o promieniu od 1,5 do 2 promieni Ziemi. Prawdopodobnie jest to spowodowane utratą masy w wyniku fotoodparowywania. Silne promieniowanie gwiazdy, szczególnie w zakresie promieniowania rentgenowskiego i UV (XUV), może z czasem pozbawić planetę atmosfery, prawdopodobnie powodując niedobór tych, które mieszczą się w zakresie od 1,5 do 2 planet o promieniu Ziemi.
„Warto zauważyć, że w naszym Układzie Słonecznym nie ma planet w badanym tutaj zakresie rozmiarów, co sprawia, że ich badania mają kluczowe znaczenie dla uzyskania wglądu w etapy ewolucji między Ziemią a Neptunem” – wyjaśniają autorzy. „Te planety kluczowe odgrywają kluczową rolę w pogłębianiu naszej wiedzy na temat zjawiska doliny promieni wokół gwiazd o małej masie”.
Istnieje inna koncepcja, która odnosi się do superziemi i luki w promieniu. Koncentruje się ona na tym, dlaczego niektóre planety tracą atmosferę i spadają poniżej luki, a dlaczego inne nie. Nazywa się ją „kosmiczną linią brzegową” i jest to statystyczny trend łączący ze sobą egzoplanety.
Kosmiczna linia brzegowa to linia podziału pomiędzy planetami, które zachowały swoje atmosfery, a planetami, które utraciły je w wyniku promieniowania XUV emitowanego przez ich gwiazdy.
„W tym badaniu sprawdzamy osiem egzoplanet za pomocą TESS, naziemnej fotometrii tranzytowej, obrazowania w wysokiej rozdzielczości i narzędzia do walidacji statystycznej” – wyjaśniają autorzy. Naukowcy twierdzą, że aby lepiej je zrozumieć, potrzebne są bardziej precyzyjne pomiary mas, a w przypadku trzech planet takie dokładniejsze pomiary mogą być możliwe do osiągnięcia.
Nie tylko niektóre z tych planet znajdują się w luce promieni, ale dwie z nich nadają się do dalszych badań atmosfery za pomocą JWST i jego potężnych instrumentów. „Odkryliśmy również, że dwie z naszych zatwierdzonych planet, TOI-771b i TOI-4559b, nadają się do spektroskopii transmisyjnej z wykorzystaniem JWST” – piszą autorzy.
Kiedy JWST był projektowany i budowany, naukowcy mieli nadzieję, że będzie w stanie badać atmosfery superziemi. W naszym Układzie Słonecznym nie ma żadnego z tych światów, więc rozszyfrowanie ich atmosfer może pomóc nam zrozumieć, gdzie superziemie mieszczą się w populacji egzoplanet, jak ewoluują i jaki mają związek z luką promieni i kosmiczną linią brzegową.
Zespół przeprowadził symulację atmosfer ośmiu superziemi, a także tego, co JWST prawdopodobnie zobaczy podczas badania atmosfer. Wyniki są intrygujące i wykazują oznaki obecności dwutlenku węgla, wody i, co najbardziej intrygujące, metanu. Metan może być biosygnaturą, chociaż istnieje wiele niepewności. Znalezienie jej w atmosferze dowolnej egzoplanety pomoże naukowcom pełniej zrozumieć jego obecność, niezależnie od tego, czy jest to faktyczna sygnatura biologiczna, czy nie.