Archiwalne dane K2 ujawniają kandydatkę na planetę o wielkości Ziemi z 355-dniowym rokiem

Archiwalne dane z misji K2 ujawniają kandydatkę na planetę wielkości Ziemi z rokiem trwającym 355 dni

W rozległych, cyfrowych archiwach zakończonych misji kosmicznych astronomowie wciąż odnajdują ukryte skarby, które przeoczono podczas wstępnych przeglądów. Zespół naukowców pod kierownictwem Alexandra Vennera z University of Southern Queensland ogłosił odkrycie obiecującej kandydatki na egzoplanetę krążącą wokół jasnego pomarańczowego karła HD 137010. Obiekt, oznaczony jako HD 137010 b, został zidentyfikowany dzięki pojedynczemu, dziesięciogodzinnemu zjawisku tranzytu zarejestrowanemu podczas misji K2 w 2017 roku. To, co czyni to odkrycie szczególnie istotnym, to uderzające podobieństwo do naszego świata: planeta jest niemal identycznej wielkości co Ziemia i porusza się po orbicie odzwierciedlającej ziemski rok.

Odkrycie opisane w pracy z udziałem badaczy z University of Southern Queensland, Harvard & Smithsonian oraz NASA Ames Research Center podkreśla trwałą wartość misji K2 – wtórnego etapu działania Kosmicznego Teleskopu Keplera. Podczas gdy oryginalna misja Keplera spędziła cztery lata, wpatrując się w jeden fragment nieba w poszukiwaniu planet typu ziemskiego, misja K2 była zmuszona obserwować różne pola wzdłuż płaszczyzny ekliptyki przez krótszy czas, wynoszący około 80 dni. Ten ograniczony przedział czasowy zazwyczaj uniemożliwia wykrycie planet o długich okresach obiegu, które wymagają wielu tranzytów do potwierdzenia ich orbit. Jednak dzięki skrupulatnemu przeszukiwaniu danych pod kątem pojedynczych tranzytów, zespół badawczy przesunął granice tego, co mogą ujawnić dane archiwalne.

Odkrycie HD 137010 b

Identyfikacja HD 137010 b rozpoczęła się od wizualnej inspekcji krzywych blasku z 15. kampanii misji K2. Hans Martin Schwengeler, naukowiec obywatelski współpracujący z projektem Planet Hunters, jako pierwszy zauważył pojedynczy sygnał przypominający tranzyt. Zjawisko to trwało około 10 godzin i objawiało się płytkim spadkiem jasności gwiazdy wynoszącym zaledwie 225 części na milion (ppm). Tak subtelny sygnał jest niezwykle trudny do wykrycia, jednak ponieważ HD 137010 jest stosunkowo jasną gwiazdą o dziesiątej wielkości gwiazdowej, osiągnięta precyzja fotometryczna była wyjątkowo wysoka – osiągając poziom 8,5 ppm, blisko teoretycznej granicy instrumentów sondy.

Aby potwierdzić odkrycie, zespół – w skład którego weszli Chelsea X. Huang i Shishir Dholakia – przeprowadził rygorystyczną analizę w celu wykluczenia „fałszywych alarmów”, takich jak tła z gwiazdami podwójnymi zaćmieniowymi czy błędy instrumentalne. Porównując fotometrię K2 z historycznymi zdjęciami, archiwalnymi danymi dotyczącymi prędkości radialnej oraz astrometrią, badacze doszli do wniosku, że sygnał ma charakter astrofizyczny i pochodzi z docelowej gwiazdy. „Nasza analiza silnie wskazuje, że zdarzenie miało charakter astrofizyczny, wystąpiło na badanej gwieździe i najlepiej można je wyjaśnić obecnością kandydującej planety tranzytującej” – zauważyli autorzy w swoim raporcie.

Definiowanie kandydatki z pojedynczym tranzytem

Metoda tranzytu opiera się na przejściu planety między gwiazdą macierzystą a obserwatorem, co powoduje chwilowy spadek pozornej jasności gwiazdy. Chociaż automatyczne algorytmy świetnie radzą sobie z wykrywaniem planet o krótkich okresach orbitalnych, które tranzytują wielokrotnie, często pomijają one pojedyncze zdarzenia. Wykrywanie pojedynczych tranzytów jest technicznie trudne, ponieważ nie pozwalają one na natychmiastowe określenie okresu orbitalnego. Zamiast tego badacze muszą oszacować ten okres na podstawie czasu trwania tranzytu oraz znanych właściwości gwiazdy macierzystej.

W przypadku HD 137010 b kluczową wskazówką był 10-godzinny czas trwania tranzytu. Biorąc pod uwagę rozmiar i masę macierzystego karła typu K, tranzyt o takiej długości sugeruje szeroką orbitę. Przy założeniu, że orbita jest kołowa, zespół szacuje okres orbitalny na około 355 dni – co jest wartością niezwykle zbliżoną do roku ziemskiego. To czyni HD 137010 b rzadkim przykładem planety o długim okresie obiegu wykrytej dzięki pojedynczemu zdarzeniu, co rzadko udawało się osiągnąć w przypadku kandydatek wielkości Ziemi krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca.

Profil fizyczny: Sąsiadka wielkości Ziemi

Charakterystyka fizyczna HD 137010 b plasuje ją w ekskluzywnej kategorii egzoplanet „wielkości Ziemi”. Zespół badawczy obliczył promień wynoszący 1,06 promienia Ziemi, co czyni ją niemal bliźniaczką naszej planety pod względem skali. Jej gwiazda macierzysta, HD 137010, to karzeł typu K, który jest nieco mniejszy, chłodniejszy i bardziej długowieczny niż nasze Słońce. Ten typ gwiazd jest coraz częściej postrzegany jako idealny gospodarz dla potencjalnie zamieszkiwalnych światów, ponieważ zapewniają one bardziej stabilne środowisko radiacyjne w ciągu miliardów lat.

Szacowana odległość orbitalna kandydatki wynosi około 0,88 jednostki astronomicznej (AU), co plasuje ją w odległości od gwiazdy porównywalnej z separacją Ziemia-Słońce. Ponieważ gwiazda macierzysta jest mniej jasna niż Słońce, odległość ta skutkuje znacznie chłodniejszym środowiskiem niż na Ziemi. Odkrycie to stanowi znaczący kamień milowy, ponieważ większość planet wielkości Ziemi znalezionych przez obecne misje, takie jak TESS, krąży wokół znacznie mniejszych karłów typu M lub ma ekstremalnie krótkie, upalne okresy orbitalne.

Szacunki dotyczące zamieszkiwalności i temperatury

Temperatura jest krytycznym czynnikiem determinującym zdolność świata do podtrzymania życia. Na podstawie przewidywanej orbity HD 137010 b otrzymuje strumień promieniowania gwiazdy wynoszący około 0,29 strumienia docierającego do Ziemi. To umieszcza planetę w pobliżu zewnętrznej krawędzi ekosfery gwiazdy – regionu, w którym na powierzchni planety mogłaby teoretycznie istnieć woda w stanie ciekłym. W zależności od składu atmosfery, HD 137010 b może być „chłodną” Ziemią lub być może bardziej przypominać umiarkowaną wersję Marsa.

Choć badacze zastrzegają, że dokładny okres orbitalny pozostaje wartością „projektowaną” ze względu na naturę danych z pojedynczego tranzytu, właściwości kandydatki są mimo to nęcące. Nawet jeśli znajduje się ona na chłodnym obrzeżu ekosfery, pozostaje jedną z niewielu kandydatek wielkości Ziemi krążących wokół gwiazdy typu słonecznego (FGK), która nie jest „gorącą Ziemią”. Obecność takiego świata sugeruje, że dane z misji K2 wciąż zawierają niewykorzystany potencjał do identyfikacji umiarkowanych, ziemskich środowisk.

Znaczenie jasnych gwiazd macierzystych

Jednym z najbardziej ekscytujących aspektów HD 137010 b jest jasność jej gwiazdy macierzystej. Przy jasności obserwowanej V wynoszej 10,1 magnitudo, HD 137010 jest znacznie jaśniejsza niż odległe gwiazdy będące celem oryginalnej misji Keplera. Jasność jest „walutą” w badaniach uzupełniających egzoplanet; pozwala ona na precyzyjne pomiary prędkości radialnej w celu wyznaczenia masy planety i umożliwia przyszłą charakterystykę atmosfery za pomocą spektroskopii.

Steve B. Howell z NASA Ames Research Center oraz inni współautorzy podkreślają, że jest to pierwsza kandydatka na planetę wielkości Ziemi o zbliżonym do ziemskiego okresie orbitalnym, tranzytująca gwiazdę na tyle jasną, by umożliwić znaczące badania uzupełniające. Większość wcześniejszych odkryć Keplera tego typu dotyczy gwiazd zbyt słabych, aby obecne teleskopy mogły „zważyć” planety lub zbadać ich atmosfery. HD 137010 b oferuje jednak osiągalny cel dla następnej generacji instrumentów astronomicznych.

Dziedzictwo K2 i przyszłe kierunki

Odkrycie HD 137010 b stanowi świadectwo dziedzictwa Kosmicznego Teleskopu Keplera. Nawet lata po zakończeniu misji, jego dane pozostają kopalnią odkryć, gdy zostaną połączone z nowoczesnymi technikami analitycznymi i zaangażowaniem naukowców obywatelskich. Wypełniając lukę między odkryciami obiektów o krótkich okresach z misji TESS a głębokimi obserwacjami oryginalnej misji Keplera, K2 zapewniło unikalne okno na populację planet skalistych o długich okresach obiegu.

Patrząc w przyszłość, zespół badawczy sugeruje, że przyszłe misje, takie jak PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars), której start planowany jest na 2026 rok, zostaną zaprojektowane specjalnie do znajdowania większej liczby światów takich jak HD 137010 b. Do tego czasu HD 137010 b pozostaje kandydatką o wysokim priorytecie dla obserwatoriów naziemnych. Potwierdzenie jej 355-dniowego okresu i zmierzenie jej masy będą kolejnymi krokami w zrozumieniu, czy ten odległy świat jest naprawdę rodzeństwem Ziemi, czy też zamarzniętym reliktem na zewnętrznych obrzeżach swojego układu słonecznego.