Super-Earth Ross 508b, kırmızı cücenin yaşanabilir bölgesini gözden geçiriyor

İlk ötegezegen Subaru Stratejik Programı tarafından Subaru Teleskobu (IRD-SSP) üzerindeki kızılötesi spektrograf IRD kullanılarak keşfedildi. Bu gezegen, Ross 508b, Dünya’nın kütlesinin yaklaşık dört katı olan bir süper Dünya’dır ve yaşanabilir bölgenin yakınında yer almaktadır. Böyle bir gezegen, yüzeyinde su tutabilir ve düşük kütleli yıldızların çevresinde yaşam olasılığını doğrulamak için gelecekteki gözlemler için önemli bir hedef olacaktır.

Güneşimize benzer bir yıldızın etrafında dev bir gezegenin keşfedilmesinden bu yana son yıllarda büyük ilerleme kaydeden ötegezegenler üzerine yapılan araştırmalar, şimdi güneşimizden daha düşük kütleye sahip kırmızı cücelere odaklanıyor. Gökadamızdaki yıldızların dörtte üçünü oluşturan ve güneş sistemimizin yakınında çok sayıda bulunan kırmızı cüceler, çevremizdeki ötegezegenleri bulmak için mükemmel hedeflerdir. Atmosferlerinin ve yüzey katmanlarının ayrıntılı gözlemleriyle birlikte bu tür yakın ötegezegenlerin keşfi, güneş sistemimizden çok farklı ortamlarda yaşamın varlığını veya yokluğunu tartışmamıza olanak sağlayacaktır.

Bununla birlikte, kırmızı cüceler, 4.000 dereceden daha düşük yüzey sıcaklıkları nedeniyle görünür ışıkta çok soluktur. Görünür ışık spektrometrelerini kullanan önceki gezegen aramaları, Proxima Centauri b gibi çok yakındaki kırmızı cücelerin çevresinde yalnızca birkaç gezegen keşfetti. Özellikle yüzey sıcaklıkları 3.000 derecenin altında olan kırmızı cüceler (geç tip kırmızı cüceler) sistematik olarak gezegenler için aranmamıştır. Bir gezegen bir yıldızın önünden geçerken yıldız parlaklığındaki değişiklikleri tespit eden geçiş yöntemi, spektroskopik Doppler yöntemi kadar çok foton gerektirmez, bu nedenle geçiş yöntemi kullanılarak kırmızı cücelerin etrafındaki gezegenlerin aranması son yıllarda ilerlemektedir. . TESS (Transit Exoplanet Survey Satellite) ile transit gezegen aramaları, nispeten ağır kırmızı cücelerin (erken tip kırmızı cüceler) etrafındaki karasal gezegenleri tespit edebilir.

Kırmızı cüceler, Evren’deki yaşamı incelemek için önemli hedefler olsa da, görünür ışıkta çok soluk oldukları için gözlemlenmeleri zordur. Kırmızı cücelerin spektroskopik gözlemleriyle ilgili zorlukları çözmek için, kırmızı cücelerin nispeten parlak olduğu kızılötesinde yüksek hassasiyetli bir spektrograf kullanan bir gezegen araştırması uzun zamandır bekleniyordu. Örneğin, 30 ışıkyılı uzaklıktan görülen Güneş’in parlaklığı, görünür ışıkta beş kadir ve kızılötesi ışıkta üç kadirdir. Öte yandan, en hafif geç tip kırmızı cüceler, görünür ışıkta 19 kadirde çok soluk, ancak kızılötesinde 11 kadirde nispeten parlaktır.

Japonya’daki Astrobiyoloji Merkezi, 8 metrelik sınıf teleskoplar için dünyanın ilk yüksek hassasiyetli kızılötesi spektrografı olan IRD’yi (Kızılötesi Doppler cihazı) başarıyla geliştirdi. Subaru Teleskobu üzerine monte edilen IRD, bir yıldızın hızındaki, yürüyen bir kişinin hızıyla ilgili çok küçük yalpalamaları tespit edebilir.

Geçiş yöntemi yalnızca yörüngeleri görüş hattı boyunca olan gezegenleri tespit edebilirken, Doppler yöntemi göksel düzleme göre yönelimlerinden bağımsız olarak gezegenleri tespit edebilir. Bir gezegenin “kütlesini” belirleyebilmesi açısından da önemli bir yöntemdir.

IRD Subaru Stratejik Programı (IRD-SSP), geç tip kırmızı cücelerin etrafındaki gezegenleri aramak için 2019’da başladı. Bu, geç tip kırmızı cüceler etrafında ilk sistematik gezegen araştırmasıdır ve yaklaşık 100 yerli ve yabancı araştırmacıyı içeren uluslararası bir projedir. İlk iki yıl boyunca, küçük gezegenlerin bile tespit edilebildiği, düşük gürültülü “kararlı” kırmızı cüceleri bulmak için tarama gözlemleri yapıldı. Kırmızı cüceler, parlamalar gibi yüksek yüzey aktivitesine sahiptir ve bu yüzey aktivitesi, gezegen olmasa bile yıldızın görüş hattı hızında değişikliklere neden olabilir. Bu nedenle, Dünya benzeri küçük gezegenlerin araştırılmasında yalnızca düşük yüzey aktivitesine sahip kararlı kırmızı cüceler hedeflenir.

Şu anda proje, tarama yoluyla dikkatlice seçilen yaklaşık 50 gelecek vaat eden geç tip kırmızı cücenin yoğun gözlem aşamasındadır.

IRD-SSP tarafından keşfedilen ilk ötegezegen, Güneş’in kütlesinin beşte biri olan Ross 508 adlı bir kırmızı cüce yıldızın etrafında, Dünya’dan yaklaşık 37 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Bu, bir kızılötesi spektrometre kullanılarak sistematik bir aramayla keşfedilen ilk ötegezegendir.

Ross 508’in periyodik yalpalamasının gerçekten de bir gezegenden kaynaklandığını doğrulamak için, IRD-SSP ekibi, bir gezegenin yanlış pozitifliğini üretebilecek birkaç yıldız aktivitesi göstergesi belirledi (örneğin, yıldız parlaklığındaki ve bazı emisyonların şeklindeki değişiklikler). çizgiler) ve bu göstergelerin periyodunun gözlemlenen gezegen periyodundan belirgin şekilde farklı olduğunu gösterdi. Bu, geçiş yöntemiyle daha önce bildirilen gezegen adaylarını doğrulamak için Doppler yöntemini kullanmaktan daha zor bir iştir, ancak geçiş yapmayan gezegenleri tespit etmek için gerekli bir yöntemdir.

Bu gezegen, Ross 508b, Dünya’nın sadece yaklaşık dört katı minimum kütleye sahiptir. Merkez yıldızından ortalama uzaklığı Dünya-güneş mesafesinin 0,05 katıdır ve yaşanabilir bölgenin iç kenarında yer alır. İlginç bir şekilde, gezegenin eliptik bir yörüngeye sahip olması muhtemeldir, bu durumda yaklaşık 11 günlük bir yörünge periyodu ile yaşanabilir bölgeye geçecektir (Şekil 1 ve 2).

Yaşanabilir bölgedeki gezegenler yüzeylerinde su tutabilir ve yaşam barındırabilir. Ross 508b, kırmızı cücelerin etrafındaki gezegenlerde yaşanabilirlik olasılığını doğrulamak için gelecekteki gözlemler için önemli bir hedef olacaktır. Gezegen atmosferindeki moleküllerin ve atomların spektroskopik gözlemleri de önemlidir, ancak mevcut teleskoplar merkez yıldıza yakınlığı nedeniyle gezegeni doğrudan görüntüleyemez. Gelecekte, 30 metrelik sınıf teleskoplarla yapılan yaşam aramalarının hedeflerinden biri olacaktır.

Şimdiye kadar, Proxima Centauri b de dahil olmak üzere, bu tür çok düşük kütleli yıldızların yörüngesinde yalnızca üç gezegenin olduğu biliniyordu. IRD-SSP’nin yeni gezegenler keşfetmeye devam etmesi bekleniyor.

“Ross 508b, yalnızca yakın kızılötesi spektroskopi kullanılarak bir süper Dünya’nın ilk başarılı tespitidir. Bundan önce, süper Dünyalar gibi düşük kütleli gezegenlerin tespitinde, tek başına yakın kızılötesi gözlemler yeterince doğru değildi ve doğrulama Görünür ışıkta yüksek hassasiyetli görüş hattı hız ölçümleri gerekliydi.Bu çalışma, IRD-SSP’nin tek başına gezegenleri tespit edebildiğini ve IRD-SSP’nin yüksek hassasiyetle arama yeteneğindeki avantajını açıkça ortaya koyuyor. Keşif makalesinin başyazarı Dr. Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Teleskopu) diyor.

“IRD’nin gelişiminin başlangıcından bu yana 14 yıl geçti. Tam olarak Ross 508b gibi bir gezegen bulma umuduyla geliştirme ve araştırmalarımıza devam ettik. Bu keşif, IRD’nin yüksek enstrümantal performansı, geniş diyafram açıklığı sayesinde mümkün oldu. Subaru Teleskobu ve yoğun ve sık veri toplamayı sağlayan stratejik gözlem çerçevesi. Yeni keşifler yapmaya kararlıyız.” IRD-SSP’nin baş araştırmacısı Profesör Bun’ei Sato (Tokyo Teknoloji Enstitüsü) diyor.

Bu sonuçlar Harakawa ve ark. “M4.5-cüce Ross 508’in Çevresinde Yaşanabilir Bölgenin İç Kenarına Yakın Bir Süper Dünya Yörüngesi” Japonya Astronomi Derneği Yayınları 30 Haziran 2022’de.