Archiefgegevens van K2 onthullen kandidaat-planeet ter grootte van de aarde met jaar van 355 dagen

Archiefdata van K2 onthullen kandidaat-planeet ter grootte van de aarde met een jaar van 355 dagen

In de enorme, gedigitaliseerde archieven van beëindigde ruimtemissies blijven astronomen verborgen parels vinden die tijdens de eerste inspecties over het hoofd werden gezien. Een team van onderzoekers, geleid door Alexander Venner van de University of Southern Queensland, heeft de ontdekking aangekondigd van een veelbelovende nieuwe kandidaat-exoplaneet in een baan om de heldere K-dwergster HD 137010. De kandidaat, aangeduid als HD 137010 b, werd geïdentificeerd via een enkele, tien uur durende transitgebeurtenis die werd vastgelegd tijdens de K2-missie in 2017. Wat deze vondst bijzonder betekenisvol maakt, is de opvallende gelijkenis met onze eigen wereld: de planeet is bijna identiek in grootte aan de aarde en volgt een baan die een aardachtig jaar weerspiegelt.

De ontdekking, gedetailleerd in een artikel met onderzoekers van de University of Southern Queensland, Harvard & Smithsonian en het NASA Ames Research Center, benadrukt de blijvende waarde van K2, de secundaire missie van de Kepler Space Telescope. Terwijl de oorspronkelijke Kepler-missie vier jaar lang naar één enkel stukje hemel staarde om aardachtige planeten te vinden, was de K2-missie gedwongen om verschillende velden langs de ecliptica te observeren gedurende kortere periodes van ongeveer 80 dagen. Dit beperkte tijdsbestek verhindert doorgaans de detectie van langeperiodeplaneten, waarvoor meerdere transits nodig zijn om hun baan te bevestigen. Echter, door de data nauwgezet te scannen op enkelvoudige transits, heeft het onderzoeksteam de grenzen verlegd van wat archiefdata kunnen onthullen.

De ontdekking van HD 137010 b

De identificatie van HD 137010 b begon met de visuele inspectie van lichtcurves van K2’s Campagne 15. Hans Martin Schwengeler, een burgerwetenschapper verbonden aan het Planet Hunters-project, merkte als eerste het kenmerk van een enkelvoudige transit op. De gebeurtenis, die ongeveer 10 uur duurde, vertoonde een geringe daling in de helderheid van de ster van slechts 225 parts per million (ppm). Een dergelijk subtiel signaal is berucht moeilijk te detecteren; echter, omdat HD 137010 een relatief heldere ster van de tiende magnitude is, was de bereikte fotometrische precisie uitzonderlijk hoog—tot een niveau van 8,5 ppm, nabij de theoretische limiet van de instrumenten van het ruimtevaartuig.

Om de ontdekking te valideren, voerde het team—waaronder Chelsea X. Huang en Shishir Dholakia—een rigoureuze analyse uit om "vals-positieven" uit te sluiten, zoals eclipserende dubbelsterren op de achtergrond of instrumentele fouten. Door K2-fotometrie te kruisen met historische beeldvorming, gearchiveerde radiële snelheidsgegevens en astrometrie, concludeerden de onderzoekers dat het signaal astrofysisch van aard was en plaatsvond bij de doelster. "Onze analyse geeft sterk aan dat de gebeurtenis astrofysisch was, plaatsvond op het doelobject en het best kan worden verklaard door een kandidaat-overgangsplaneet," aldus de auteurs in hun rapport.

Definiëring van een enkelvoudige-transitkandidaat

De transitmethode berust op een planeet die tussen zijn gastheerster en de waarnemer doorgaat, wat een tijdelijke daling in de schijnbare helderheid van de ster veroorzaakt. Hoewel geautomatiseerde systemen uitstekend zijn in het vinden van planeten met korte omlooptijden die vaak passeren, zien ze enkelvoudige gebeurtenissen vaak over het hoofd. Detecties van enkelvoudige transits zijn technisch uitdagend omdat ze niet direct een omlooptijd opleveren. In plaats daarvan moeten onderzoekers de periode schatten op basis van de duur van de transit en de bekende eigenschappen van de gastheerster.

In het geval van HD 137010 b vormde de transitduur van 10 uur een cruciale aanwijzing. Gezien de omvang en massa van de K-dwergster impliceert een transit van deze lengte een wijde baan. Als de baan cirkelvormig is, schat het team een omlooptijd van ongeveer 355 dagen—opmerkelijk dicht bij een aardjaar. Dit maakt HD 137010 b een zeldzaam voorbeeld van een langeperiodeplaneet gedetecteerd via een enkelvoudige gebeurtenis, een prestatie die zelden is geleverd voor kandidaten ter grootte van de aarde die rond zonachtige sterren draaien.

Fysiek profiel: Een buurman ter grootte van de aarde

De fysieke kenmerken van HD 137010 b plaatsen de planeet in een exclusieve categorie van exoplaneten "ter grootte van de aarde". Het onderzoeksteam berekende een straal van 1,06 keer die van de aarde, waardoor het qua schaal een bijna-tweeling van onze thuisplaneet is. De gastheerster, HD 137010, is een K-dwerg, die iets kleiner, koeler en langlevender is dan onze zon. Dit type ster wordt steeds vaker gezien als een ideale gastheer voor potentieel leefbare werelden omdat ze gedurende miljarden jaren een stabielere stralingsomgeving bieden.

De geschatte afstand van de baan voor de kandidaat is ongeveer 0,88 Astronomische Eenheden (AU), wat de planeet op een afstand van de ster plaatst die vergelijkbaar is met de afstand tussen de aarde en de zon. Omdat de gastheerster minder lichtsterk is dan de zon, resulteert deze afstand in een veel koelere omgeving dan die op aarde. De ontdekking vertegenwoordigt een belangrijke mijlpaal, aangezien de meeste planeten ter grootte van de aarde die door huidige missies zoals TESS zijn gevonden, rond veel kleinere M-dwergsterren draaien of extreem korte, verzengende omlooptijden hebben.

Leefbaarheid en temperatuurindicaties

Temperatuur is een kritieke factor bij het bepalen van de leefbaarheid van een wereld. Op basis van de geprojecteerde baan ontvangt HD 137010 b een invallende stellaire flux van ongeveer 0,29 keer die van de aarde. Dit plaatst de planeet nabij de buitenrand van de leefbare zone van de ster—het gebied waar vloeibaar water theoretisch zou kunnen bestaan op een planetair oppervlak. Afhankelijk van de atmosferische samenstelling zou HD 137010 b een "koele" aarde kunnen zijn of misschien meer lijken op een gematigde versie van Mars.

Hoewel de onderzoekers waarschuwen dat de exacte omlooptijd een "geprojecteerde" waarde blijft vanwege de aard van de enkelvoudige-transitdata, zijn de eigenschappen van de kandidaat niettemin verleidelijk. Zelfs als de planeet zich aan de kille rand van de leefbare zone bevindt, blijft het een van de weinige kandidaten ter grootte van de aarde rond een zonachtige (FGK-)ster die geen "hete aarde" is. De aanwezigheid van een dergelijke wereld suggereert dat de data van de K2-missie nog steeds onbenut potentieel bevatten voor het identificeren van gematigde, terrestrische omgevingen.

Het belang van heldere gastheersterren

Een van de meest opwindende aspecten van HD 137010 b is de helderheid van de gastheerster. Met een V-magnitude van 10,1 is HD 137010 aanzienlijk helderder dan de verre sterren waar de oorspronkelijke Kepler-missie zich op richtte. Helderheid is de "valuta" van vervolgonderzoek aan exoplaneten; het maakt radiële snelheidsmetingen met hoge precisie mogelijk om de massa van de planeet te bepalen en stelt toekomstige atmosferische karakterisering via spectroscopie in staat.

Steve B. Howell van het NASA Ames Research Center en andere co-auteurs benadrukken dat dit de eerste kandidaat-planeet ter grootte van de aarde is met een aardachtige omlooptijd die voor een ster langs trekt die helder genoeg is voor substantieel vervolgonderzoek. De meeste eerdere Kepler-ontdekkingen van dit type zijn te zwak voor huidige telescopen om de planeten te wegen of hun atmosfeer te onderzoeken. HD 137010 b biedt echter een bereikbaar doelwit voor de volgende generatie astronomische instrumenten.

De erfenis van K2 en toekomstige richtingen

De ontdekking van HD 137010 b dient als een getuigenis van de erfenis van de Kepler Space Telescope. Zelfs jaren nadat de missie eindigde, blijven de gegevens een goudmijn voor ontdekkingen wanneer ze worden gecombineerd met moderne analysetechnieken en de toewijding van burgerwetenschappers. Door de kloof te overbruggen tussen de korte-periode-ontdekkingen van TESS en de blik in de diepe ruimte van de oorspronkelijke Kepler-missie, heeft K2 een uniek venster geboden op de populatie van aardse planeten met een lange omlooptijd.

Vooruitkijkend suggereert het onderzoeksteam dat toekomstige missies zoals PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars), die naar verwachting in 2026 wordt gelanceerd, specifiek ontworpen zullen zijn om meer werelden zoals HD 137010 b te vinden. Tot die tijd blijft HD 137010 b een kandidaat met hoge prioriteit voor observatoria op de grond. Het bevestigen van de omlooptijd van 355 dagen en het meten van de massa zullen de volgende stappen zijn om te begrijpen of deze verre wereld werkelijk een broertje van de aarde is of een bevroren overblijfsel in de uithoeken van zijn zonnestelsel.