Найдена планета, похожая на Землю, в обитаемой зоне звезды

Ученые подтвердили обнаружение TOI 700 d с помощью космического телескопа Спитцер и смоделировали потенциальную окружающую среду планеты, чтобы помочь информировать будущие наблюдения.

TOI 700 d - одна из немногих планет размером с Землю, обнаруженных до сих пор в обитаемой зоне звезды. Среди других несколько планет в системе TRAPPIST-1 и другие миры, обнаруженные космическим телескопом НАСА Кеплер.

«TESS был разработан и запущен специально для поиска планет размером с Землю, вращающихся вокруг близлежащих звезд», - сказал Пол Херц, директор отдела астрофизики в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. «Планеты вокруг близлежащих звезд легче всего отслеживать с помощью больших телескопов в космосе и на Земле. Обнаружение TOI 700 d стало ключевым научным открытием для TESS. Подтверждение размера планеты и статуса обитаемой зоны с помощью Спитцера - это еще одна победа».

TESS контролирует большие секторы неба в течение 27 дней. Этот длинный взгляд позволяет спутнику отслеживать изменения яркости звезд, вызванные движением планеты вокруг орбиты звезды с нашей точки зрения, и это событие называется транзитом.

TOI 700 - это маленький холодный красный карлик, расположенный на расстоянии чуть более 100 световых лет в южном созвездии Золотой рыбы. В нем примерно 40% массы и размера Солнца и примерно половина его поверхности. Звезда появляется в 11 из 13 секторов TESS, наблюдавшихся в течение первого года миссии, и ученые поймали несколько транзитов ее трех планетах.

Изначально звезда была ошибочно классифицирована в базе данных TESS как более похожая на наше Солнце, из-за чего планеты казались больше и горячее, чем они есть на самом деле. Несколько исследователей выявили ошибку.

«Когда мы скорректировали параметры звезды, размеры ее планет снизились, и мы поняли, что самая внешняя из них размером с Землю и в обитаемой зоне», - сказала Эмили Гилберт, аспирант Чикагского университета. «Кроме того, за 11 месяцев данных мы не увидели вспышек от звезды, что повышает вероятность того, что TOI 700 d пригодна для жизни, и облегчает моделирование её атмосферных и поверхностных условий».

Исследователи представили результаты на 235-м заседании Американского астрономического общества в Гонолулу, и три статьи были представлены в научные журналы.

У самой внутренней планеты TOI 700 b размер почти равен Земле, она скалистая и выходит на орбиту каждые 10 дней. Средняя планета, TOI 700 с, в 2,6 раза больше Земли (между размерами Земли и Нептуна), вращается каждые 16 дней и, вероятно, на ней доминирует газ. TOI 700 d, самая известная планета в системе и единственная в обитаемой зоне, по размерам на 20% больше Земли, вращается каждые 37 дней и получает от своей звезды 86% энергии, которую Солнце предоставляет Земле.

Команда ученых во главе с астрономом Джозефом Родригесом из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, запросили последующие наблюдения со Спитцером, чтобы подтвердить TOI 700 d.

«Учитывая влияние этого открытия - что это первая планета размером с Землю в обитаемой зоне - мы действительно хотели, чтобы понимание этой системы было как можно более конкретным», - сказал Родригес. «Спитцер увидел, что TOI 700 d прошел точно тогда, когда мы этого ожидали. Это отличное дополнение к наследию миссии, которая помогла подтвердить две планеты TRAPPIST-1 и определить еще 5».

Данные Спитцер повысили уверенность ученых в том, что TOI 700 d - реальная планета, и увеличили измерения периода обращения на 56% и ее размер на 38%. Это также исключило другие возможные астрофизические причины транзитного сигнала, такие как присутствие в системе меньшей, более тусклой звезды-компаньона.

Поскольку звезда TOI 700 яркая, близка и без признаков звездных вспышек, система является главным кандидатом для точных измерений массы современными наземными обсерваториями. Эти измерения могут подтвердить оценки ученых о том, что внутренняя и внешняя планеты каменистые, а средняя планета состоит из газа.

Будущие миссии постараются определить, есть ли на планетах атмосферы, и если да, то определить их состав.

Хотя точные условия TOI 700 d неизвестны, ученые могут использовать текущую информацию, такую ??как размер планеты и тип звезды, вокруг которой она вращается, для генерации компьютерных моделей и прогнозирования. Исследователи из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА смоделировали 20 потенциальных сред TOI 700 d, чтобы определить, приведет ли какая-либо версия к поверхностным температурам и давлениям, пригодным для обитаемости.

Их трехмерные климатические модели исследовали различные типы поверхности и составы атмосферы, обычно связанные с тем, что ученые считают потенциально обитаемым миром. Так как TOI 700 d находится на прицельной привязке к своей звезде, облачные образования на планете и модели ветра могут сильно отличаться от земных.

Одна из них включал в себя покрытую океаном TOI 700 d с плотной атмосферой, в которой преобладает углекислый газ, похожую на Марс в молодости. Модель атмосферы содержит глубокий слой облаков на стороне, обращенной к звезде. Другая модель изображает TOI 700 d в виде безоблачной наземной версии современной Земли, где ветры текут с ночной стороны планеты и сходятся в точке, обращенной непосредственно к звезде.

Когда звездный свет проходит через атмосферу планеты, он взаимодействует с молекулами, такими как углекислый газ и азот, для производства спектральных линий. Команда разработчиков во главе с Габриэль Энгельманн-Суисса, приглашенным научным сотрудником Годдардской ассоциации космических исследований, создала смоделированные спектры для 20 смоделированных версий TOI 700 d.

«Когда-нибудь, когда у нас будут реальные спектры TOI 700 d, мы можем отследить, сопоставить их с ближайшим моделируемым спектром, а затем сопоставить их с моделью», - сказал Энгельманн-Суисса. «Это захватывающе, потому что независимо от того, что мы узнаем о планете, она будет выглядеть совершенно иначе, чем наша Земля».