Arkivdata från K2 avslöjar jordstor planetkandidat med ett 355-dagarsår

Arkiverade K2-data avslöjar jordstor planetkandidat med ett 355-dagars år

I de omfattande, digitaliserade arkiven från avslutade rymduppdrag fortsätter astronomer att hitta dolda pärlor som missades under de initiala undersökningarna. Ett forskarlag, lett av Alexander Venner vid University of Southern Queensland, har meddelat upptäckten av en lovande ny exoplanetkandidat som kretsar kring den ljusstarka K-dvärgstjärnan HD 137010. Kandidaten, som fått beteckningen HD 137010 b, identifierades genom en enskild, tio timmar lång transithändelse som fångades under K2-uppdraget 2017. Det som gör detta fynd särskilt betydelsefullt är dess slående likhet med vår egen värld: planeten är nästan identisk i storlek med jorden och följer en bana som speglar ett jordliknande år.

Upptäckten, som beskrivs i en artikel involverande forskare från University of Southern Queensland, Harvard & Smithsonian och NASA Ames Research Center, belyser det bestående värdet av Keplerteleskopets sekundära uppdrag, K2. Medan det ursprungliga Kepler-uppdraget tillbringade fyra år med att stirra på ett enda område på himlen för att hitta jordliknande planeter, tvingades K2-uppdraget observera olika fält längs ekliptikan under kortare perioder på cirka 80 dagar. Denna begränsade tidsram förhindrar vanligtvis detektering av långperiodiska planeter, vilka kräver flera passager för att bekräfta sina omloppsbanor. Men genom att minutiöst söka igenom data efter enskilda transithändelser har forskarlaget tänjt på gränserna för vad arkiverade data kan avslöja.

Upptäckten av HD 137010 b

Identifieringen av HD 137010 b började med den visuella inspektionen av ljuskurvor från K2:s Campaign 15. Hans Martin Schwengeler, en medborgarforskare som arbetar med Planet Hunters-projektet, uppmärksammade först den enskilda transitliknande händelsen. Händelsen, som varade i ungefär 10 timmar, visade en grund dipp i stjärnans ljusstyrka på endast 225 delar per miljon (ppm). En sådan subtil signal är ökänd för att vara svår att upptäcka; men eftersom HD 137010 är en relativt ljusstark stjärna av tionde magnituden, var den fotometriska precisionen som uppnåddes exceptionellt hög – och nådde en nivå på 8,5 ppm, nära den teoretiska gränsen för rymdfarkostens instrument.

För att validera upptäckten utförde teamet – inklusive Chelsea X. Huang och Shishir Dholakia – en rigorös analys för att utesluta "falska positiva", såsom bakgrundsförmörkelsedubbelstjärnor eller instrumentella störningar. Genom att korsreferera K2-fotometri med historiska bilder, arkiverade radialhastighetsdata och astrometri, drog forskarna slutsatsen att signalen var astrofysisk till sin natur och inträffade vid målstjärnan. "Vår analys indikerar starkt att händelsen var astrofysisk, skedde på målet och bäst kan förklaras av en passerande planetkandidat", noterade författarna i sin rapport.

Att definiera en kandidat från en enskild transit

Transitmetoden bygger på att en planet passerar mellan sin värdstjärna och observatören, vilket orsakar ett tillfälligt fall i stjärnans skenbara ljusstyrka. Medan automatiserade flöden är utmärkta på att hitta planeter med korta omloppstider som passerar många gånger, missar de ofta enskilda händelser. Detektioner av enskilda transiter är tekniskt utmanande eftersom de inte ger en omedelbar omloppstid. Istället måste forskare uppskatta perioden baserat på transitens varaktighet och värdstjärnans kända egenskaper.

I fallet med HD 137010 b gav den 10 timmar långa transitens varaktighet en avgörande ledtråd. Med tanke på värdstjärnans storlek och massa innebär en transit av denna längd en vidsträckt bana. Om banan är cirkulär uppskattar teamet en omloppstid på cirka 355 dagar – anmärkningsvärt nära ett jordår. Detta gör HD 137010 b till ett sällsynt exempel på en långperiodisk planet som upptäckts via en enskild händelse, en bedrift som sällan har uppnåtts för jordstora kandidater som kretsar kring solliknande stjärnor.

Fysisk profil: En jordstor granne

De fysiska egenskaperna hos HD 137010 b placerar den i en exklusiv kategori av "jordstora" exoplaneter. Forskarlaget beräknade en radie på 1,06 gånger jordens, vilket gör den till en nästan-tvilling av vår hemplanet när det gäller skala. Dess värdstjärna, HD 137010, är en K-dvärg, som är något mindre, svalare och mer långlivad än vår sol. Denna typ av stjärna ses alltmer som en idealisk värd för potentiellt beboeliga världar eftersom de ger en stabilare strålningsmiljö över miljarder år.

Det uppskattade banavståndet för kandidaten är ungefär 0,88 astronomiska enheter (AU), vilket placerar den på ett avstånd från sin stjärna som är jämförbart med avståndet mellan jorden och solen. Eftersom värdstjärnan är mindre ljusstark än solen resulterar detta avstånd i en mycket svalare miljö än jordens. Upptäckten representerar en betydande milstolpe, då de flesta jordstora planeter som hittats av nuvarande uppdrag som TESS kretsar kring mycket mindre M-dvärgstjärnor eller har extremt korta, glödheta omloppstider.

Beboelighet och temperaturuppskattningar

Temperatur är en kritisk faktor för att avgöra en världs beboelighet. Baserat på dess beräknade bana tar HD 137010 b emot ett instrålat stjärnflöde på cirka 0,29 gånger jordens. Detta placerar planeten nära den yttre kanten av stjärnans beboeliga zon – det område där flytande vatten teoretiskt sett skulle kunna existera på en planetär yta. Beroende på dess atmosfäriska sammansättning kan HD 137010 b vara en "sval" jord eller kanske mer lik en tempererad version av Mars.

Även om forskarna varnar för att den exakta omloppstiden förblir ett "projicerat" värde på grund av data från en enskild transit, är kandidatens egenskaper ändå lockande. Även om den befinner sig i den kyliga utkanten av den beboeliga zonen, förblir den en av få jordstora kandidater som kretsar kring en solliknande (FGK) stjärna som inte är en "het jord". Förekomsten av en sådan värld tyder på att K2-uppdragets data fortfarande innehåller outnyttjad potential för att identifiera tempererade, jordliknande miljöer.

Vikten av ljusstarka värdstjärnor

En av de mest spännande aspekterna med HD 137010 b är dess värdstjärnas ljusstyrka. Med en V-magnitud på 10,1 är HD 137010 betydligt ljusstarkare än de avlägsna stjärnor som var målet för det ursprungliga Kepler-uppdraget. Ljusstyrka är "valutan" för uppföljning av exoplaneter; det möjliggör högprecisionsmätningar av radialhastighet för att bestämma planetens massa och möjliggör framtida atmosfärisk karakterisering via spektroskopi.

Steve B. Howell från NASA Ames Research Center och andra medförfattare betonar att detta är den första jordstora planetkandidaten med en jordliknande omloppstid som passerar en stjärna som är ljusstark nog för omfattande uppföljning. De flesta tidigare Kepler-upptäckter av denna typ är för ljussvaga för att nuvarande teleskop ska kunna väga planeterna eller undersöka deras atmosfär. HD 137010 b erbjuder dock ett nåbart mål för nästa generations astronomiska instrument.

Arvet efter K2 och framtida inriktningar

Upptäckten av HD 137010 b tjänar som ett bevis på arvet efter rymdteleskopet Kepler. Även år efter att dess uppdrag avslutats förblir dess data en guldgruva för upptäckter när de kombineras med moderna analystekniker och hängivna medborgarforskare. Genom att överbrygga klyftan mellan TESS upptäckter med korta perioder och det ursprungliga Kepler-uppdragets djupa blick i rymden, har K2 gett ett unikt fönster in i populationen av långperiodiska jordliknande planeter.

Looking ahead, the research team suggests that future missions like PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars), expected to launch in 2026, will be specifically designed to find more worlds like HD 137010 b. Until then, HD 137010 b stands as a high-priority candidate for ground-based observatories. Confirming its 355-day period and measuring its mass will be the next steps in understanding whether this distant world is truly an Earth-like sibling or a frozen relic in the outer reaches of its solar system.

Inför framtiden föreslår forskarlaget att framtida uppdrag som PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars), som förväntas skjutas upp 2026, kommer att vara specifikt utformade för att hitta fler världar som HD 137010 b. Tills dess förblir HD 137010 b en högprioriterad kandidat för markbaserade observatorier. Att bekräfta dess 355-dagarsperiod och mäta dess massa blir nästa steg i att förstå om denna avlägsna värld verkligen är ett jordliknande syskon eller en frusen relik i de yttre delarna av sitt solsystem.