Onderzoekers die werken met gegevens van NASA's TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) hebben een planeet gevonden die om twee sterren draait. Aanvankelijk werd het systeem door burgerwetenschappers geïdentificeerd als een paar verduisterende dubbelsterren zonder planeet. Maar een stagiair die de gegevens nader bekeek, ontdekte dat ze verkeerd waren geïdentificeerd.
De naam van de stagiair is Wolf Cukier en hij was een zomerstagiair bij NASA's Goddard Space Flight Center, het bureau dat TESS beheert. Zooniverse-burgerwetenschappers in het Planet Hunters TESS-programma hebben variaties in sterhelderheid in TESS-gegevens vastgelegd en geüpload. Cukier bekeek die uploads nauwkeuriger toen hij de gegevens tegenkwam van TOI 1338, een dubbelstersysteem op ongeveer 1300 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Pictor.
"Ik was de gegevens aan het doorzoeken op alles wat de vrijwilligers hadden gemarkeerd als een verduisterend binair getal, een systeem waarbij twee sterren om elkaar heen cirkelen en naar onze mening elkaar in elke baan verduisteren," zei Cukier. “Ongeveer drie dagen na mijn stage zag ik een signaal van een systeem genaamd TOI 1338. Eerst dacht ik dat het een geweldige zonsverduistering was, maar de timing was verkeerd. Het bleek een planeet te zijn. '
Een planetaire planeet is er een die om twee sterren draait, en dit is de eerste van TESS. Er zijn meer dan 20 andere bevestigde omringende gebieden en een handvol onbevestigde of twijfelachtige. Deze ontdekking werd gepresenteerd tijdens een paneldiscussie tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de American Astronomical Society. Cukier en andere onderzoekers dienden hun bevindingen in een paper in bij een wetenschappelijk tijdschrift.
De planeet heet TOI 1338 b en het is de enige planeet die we kennen in het systeem. Het is ongeveer 6,9 keer groter dan de aarde, waardoor het ter vergelijking tussen Neptunus en Saturnus ligt. Een van de sterren die hij draait is ongeveer 10% zwaarder dan onze zon, terwijl de andere koeler en zwakker is, en slechts een derde van de massa van de zon. Aangezien TOI 1338 b zich op bijna hetzelfde vlak bevindt als de sterren, ervaart het elke 15 dagen zonsverduisteringen.
TESS werkt door planeten te detecteren die tussen ons en hun sterren passeren. Elke keer dat dat gebeurt, wordt dit een doorvoer genoemd. De gevoelige camera's kunnen deze kleine lichtdruppels van de ster detecteren. TESS heeft een missie van twee jaar om exoplaneten te detecteren door 27 dagen lang dezelfde sector van de hemel te bestuderen. De focus ligt op het vinden van aardachtige werelden rond nabije sterren, die andere observatoria en telescopen gemakkelijker kunnen volgen.
Maar de meeste exoplaneten die tot dusver door TESS en andere planeetjagers zijn ontdekt, draaien om een enkele ster. Circumbinaries zoals TOI 1338 b zijn moeilijker te detecteren. Beide sterren in het systeem draaien ook in een baan, waardoor het een uitdaging is om de verschillende doorgangen en dalen in licht te ontwarren. In dit geval passeert de kleinere ster voor de grotere, waardoor een vergelijkbare daling van het sterlicht ontstaat als de doorgang van de planeet.
"Dit zijn de soorten signalen waar algoritmen echt mee worstelen."
Vaselin Kostov, hoofdauteur, SETI Institute en Goddard Space Flight Center
De transits van TOI 1338 b vinden onregelmatig plaats, tussen elke 93 en 95 dagen, waardoor het niet-periodiek is. En de diepte en de duur van de transits zijn ook variabel vanwege de beweging van beide sterren. De moeilijkheid is nog groter dat TESS de doorgang van de planeet alleen voor de grotere ster kan zien, niet de kleinere.
"Dit zijn de soorten signalen waar algoritmen echt mee worstelen", zegt hoofdauteur Veselin Kostov, een onderzoekwetenschapper bij het SETI-instituut en Goddard, die heeft gewerkt aan andere studies van circumbinaire planeten. "Het menselijk oog is buitengewoon goed in het vinden van patronen in gegevens, vooral niet-periodieke patronen zoals we die zien in transits van deze systemen."
Cukier bekeek de transitgegevens en was eerst onzeker. Elke doorvoer moest afzonderlijk worden onderzocht, omdat zowel de doorvoer van de planeet als de doorvoer van de kleinere ster voor de grotere vergelijkbare onderdompelingen in sterrenlicht veroorzaakten. Aanvankelijk leek het erop dat de kleinere ster de dip veroorzaakte, maar de timing ervan kwam niet overeen met een zonsverduistering. Het team gebruikte een softwarepakket genaamd 'Eleanor', genoemd naar de hoofdpersoon in Carl Sagan's 'Contact', om hen te helpen begrijpen wat ze zagen.
"In al zijn beelden houdt TESS miljoenen sterren in de gaten", zegt co-auteur Adina Feinstein, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Chicago. 'Daarom heeft ons team eleanor gemaakt. Het is een toegankelijke manier om transitgegevens te downloaden, analyseren en visualiseren. We hebben het ontworpen met planeten in gedachten, maar andere leden van de gemeenschap gebruiken het om sterren, asteroïden en zelfs sterrenstelsels te bestuderen. ”
TESS is niet de eerste die TOI 1338 bestudeerde. Het is vanaf de grond bestudeerd in radiale snelheidsonderzoeken. Die archiefgegevens hielpen het team de baan van TOI 1338 b te identificeren. Volgens hen zal de baan van de planeet de komende 10 miljoen jaar stabiel zijn, hoewel het vanuit ons perspectief in november 2023 zal stoppen met doorgaan voor zijn ster. Dan zullen we rond 2031 de transits opnieuw zien, dankzij de hoek van de baan.
Hoewel we er maar een paar hebben geïdentificeerd, komen omringende gebieden relatief vaak voor. Ze zijn gewoon moeilijk te vinden, vooral kleine, ook al zullen de grenzen vaker passeren dan planeten die rond één ster draaien.
Circumbinaire planeten kunnen vreemde kenmerken hebben in vergelijking met planeten die rond één ster draaien. De orbitale kenmerken van deze systemen kunnen complex en dynamisch zijn. Sommige astronomen noemen ze 'gewelddadig'.
Een in 2014 ontdekte circumbinary, Kepler 413-b, heeft een axiale kanteling die in 11 jaar met wel 30% kan variëren. Het ligt aan de binnenrand van de bewoonbare zone en de seizoenen kunnen enorm fluctueren. Astronomen die de planeet bestuderen, observeerden drie transits die 66 dagen na elkaar plaatsvonden. Vervolgens waren er 800 dagen geen doorvoer, gevolgd door nog eens vijf doorgangen, elk gescheiden door 66 dagen. Die hiaten in de doorvoer brengen wetenschappers ertoe te geloven dat er veel meer omringende gebieden zijn, maar we observeren gewoon niet op het juiste moment om ze door te zien gaan.
Dubbelsterrenstelsels komen veel voor, en astronomen verwachten dat TESS honderdduizenden meer verduisterende dubbelsterrenstelsels zal vinden tijdens de tweejarige missie. Op basis daarvan zal het ruimtevaartuig waarschijnlijk veel meer circumbinaire planeten vinden. Ter referentie vond Kepler 12 circumbinaire planeten in 10 verduisterende dubbelster-systemen.
Meer:
- Persbericht: NASA's TESS-missie onthult haar eerste wereld met twee sterren
- Space Magazine: Hubble detecteert een planeet rond dubbelstersysteem
- Wikipedia-vermelding: Circumbinary Planets
