Webb gözlemleri Kepler-51 ‘süper puf’ sisteminde yeni gezegen keşfetti

Penn State ve Osaka Üniversitesi’nden araştırmacılar tarafından yürütülen yeni araştırmaya göre, bilinen üç ultra düşük yoğunluklu “süper şişkin” gezegene sahip alışılmadık bir gezegen sisteminde en az bir gezegen daha var.

Araştırma ekibi, sistemdeki üçüncü gezegen olan Kepler-51d’yi NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile incelemek için yola çıktı ancak gezegen, modellerin tahmin ettiğinden iki saat önce beklenmedik bir şekilde yıldızının önünden geçince neredeyse şansını kaçırdı.

Çeşitli uzay ve Dünya merkezli teleskoplardan elde edilen yeni ve arşiv verilerini inceledikten sonra araştırmacılar, en iyi açıklamanın, yerçekimi kuvvetinin sistemdeki diğer gezegenlerin yörüngelerini etkileyen dördüncü bir gezegenin varlığı olduğunu buldu.

Yeni gezegenin keşfi bir makalede ayrıntılı olarak anlatılıyor görünen içinde Astronomi Dergisi.

Penn State Dış Gezegenler Merkezi ve Yaşanabilir Dünyalar Doktora Sonrası Araştırmacısı ve makalenin ilk yazarlarından Jessica Libby-Roberts, “Süper kabarık gezegenler çok düşük kütleye ve düşük yoğunluğa sahip olmaları nedeniyle çok sıra dışıdır” dedi.

“Kepler-51 yıldızının yörüngesinde dönen, önceden bilinen üç gezegen, Satürn’ün büyüklüğünde, ancak Dünya’nın kütlesinin yalnızca birkaç katı kadardır ve bu da pamuk şekeri gibi bir yoğunluğa neden olur. Küçük çekirdeklere ve devasa hidrojen ve helyum atmosferlerine sahip olduklarını düşünüyoruz. ancak bu garip gezegenlerin nasıl oluştuğu ve atmosferlerinin genç yıldızlarının yoğun radyasyonu tarafından nasıl uçup gitmediği bir sır olarak kaldı. Bu soruları yanıtlamak için bu gezegenlerden birini incelemek üzere JWST’yi kullanmayı planladık, ancak şimdi bunu yapıyoruz. bir açıklama yapmak zorundayım sistemdeki dördüncü düşük kütleli gezegen.”

Bir gezegen, Dünya’dan bakıldığında yıldızının önünden geçtiğinde veya yanından geçtiğinde, yıldızın ışığının bir kısmını bloke ederek yıldızın parlaklığında hafif bir azalmaya neden olur. Bu azalmanın süresi ve miktarı gezegenin büyüklüğü ve diğer özellikleri hakkında ipuçları veriyor.

Gezegenler yıldızlarının etrafında bir yörüngeyi tamamladıklarında geçiş yaparlar, ancak bazen sistemdeki diğer gezegenlerin yerçekimi onları çektiği için birkaç dakika erken veya geç geçiş yaparlar. Bu küçük farklılıklar, geçiş zamanlaması değişiklikleri olarak bilinir ve gezegenlerin ne zaman geçiş yapacağını doğru bir şekilde tahmin etmelerine olanak sağlamak için gökbilimcilerin modellerine yerleştirilmiştir.

Araştırmacılar, Kepler-51 sisteminin üç gezegen modelinin hatalı olduğuna inanmak için hiçbir nedenlerinin olmadığını, modeli Kepler-51b’nin Mayıs 2023’teki geçiş süresini tahmin etmek için başarıyla kullandıklarını ve Apache Point Gözlemevi ile takip ettiklerini söyledi. (APO) teleskopu onu programa göre gözlemlemek için.

Libby-Roberts, “Ayrıca, Kepler-51d’nin 2022’deki geçişini gözlemlemek için Penn State Davey Lab teleskopunu kullanmayı denedik, ancak bazı kötü zamanlanmış bulutlar tam da geçişin başlayacağı tahmin edildiği sırada görüşümüzü engelledi.” dedi. “O zaman bir şeylerin yolunda gitmediğini öğrenmiş olabilirdik, ancak Kepler-51d’yi JWST ile gözlemlemeyi planladığımızda beklendiği gibi geçiş yapmayacağından şüphelenmek için hiçbir nedenimiz yoktu.”

Ekibin üç gezegenli modeli, Kepler-51d’nin Haziran 2023’te gece saat 02.00 civarında geçiş yapacağını öngördü ve araştırmacılar olayı hem JWST hem de APO ile gözlemlemeye hazırlandı.

Libby-Roberts, “Çok şükür, bir başlangıç ​​noktası belirlemek için gözlemlemeye birkaç saat erken başladık, çünkü gece 2, sonra 3 oldu ve APO ile yıldızın parlaklığında hâlâ bir değişiklik gözlemlemedik” dedi. “Modellerimizi çılgınca yeniden çalıştırdıktan ve verileri inceledikten sonra, APO ile gözlem yapmaya başladığımızda hemen yıldız parlaklığında hafif bir düşüş keşfettik, bu da geçişin başlangıcı oldu – 2 saat erken, bu da 15.000’in çok ötesinde. modellerimizden bir dakikalık belirsizlik penceresi.”

Araştırmacılar yeni APO ve JWST verilerini analiz ettiklerinde, beklenenden çok daha erken de olsa Kepler-51d’nin geçişini yakaladıklarını doğruladılar.

Osaka Üniversitesi’nde yer ve uzay bilimleri doçenti Kento Masuda, “Kepler-51d’nin erken ortaya çıkışı bizi gerçekten şaşırttı ve üç gezegen modelinde yapılan hiçbir ince ayar bu kadar büyük bir çelişkiyi açıklayamaz” dedi. makalenin ortak ilk yazarı. “Sadece dördüncü bir gezegenin eklenmesi bu farkı açıklıyordu. Bu, JWST kullanılarak geçiş zamanlaması değişiklikleriyle keşfedilen ilk gezegeni işaret ediyor.”

Kepler-51 sisteminde neler olduğunu açıklamaya yardımcı olmak için araştırma ekibi, NASA’nın Kepler uzay teleskopu ve NASA’nın Geçiş Yapan Ötegezegen Araştırma Uydusu’ndan (TESS) önceki geçiş verilerini yeniden inceledi. Ayrıca Hubble Uzay Teleskobu ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nün Palomar Gözlemevi teleskopu da dahil olmak üzere sistemdeki iç gezegenlere ilişkin yeni gözlemler yaptılar ve çeşitli yer tabanlı teleskoplardan arşiv verileri elde ettiler.

Yeni gezegen Kepler-51e’nin geçiş yaptığı henüz gözlemlenmediği için (belki de yıldızı ile Dünya arasındaki görüş hattından geçmediği için) araştırmacılar, çalışmalarını desteklemek için mümkün olduğunca fazla veri elde etmenin ne kadar önemli olduğunu kaydetti. yeni modeller.

Masuda, “Son 14 yılda toplanan tüm geçiş verilerini açıklayan dört gezegen modelini bulmak için gezegen özelliklerinin birçok farklı kombinasyonunu test ederek ‘kaba kuvvet’ araştırması adı verilen bir araştırma gerçekleştirdik.” dedi.

“Sinyalin en iyi şekilde Kepler-51e’nin diğer üç gezegene benzer bir kütleye sahip olması ve yaklaşık 264 günlük oldukça dairesel bir yörünge izlemesi durumunda açıklanabileceğini bulduk; bu, diğer gezegen sistemlerine dayanarak bekleyeceğimiz bir şey. Bulduğumuz diğer olası çözümler arasında şunlar yer alıyor: daha geniş bir yörüngede daha büyük bir gezegen, ancak bunların daha az olası olduğunu düşünüyoruz.”

Dördüncü bir gezegenin hesaba katılması ve modellerin ayarlanması, sistemdeki diğer gezegenlerin beklenen kütlelerini de değiştirmektedir. Araştırmacılara göre bu, bu gezegenler hakkında çıkarım yapılan diğer özellikleri etkiliyor ve onların nasıl oluşmuş olabileceğine dair bilgi veriyor. Her ne kadar içteki üç gezegen önceden düşünülenden biraz daha büyük olsa da, yine de süper şişkinlikler olarak sınıflandırılıyorlar. Ancak Kepler-51e’nin aynı zamanda bir süper puf gezegeni olup olmadığı belirsiz çünkü araştırmacılar Kepler-51e’nin geçişini gözlemlemediler ve bu nedenle yarıçapını veya yoğunluğunu hesaplayamıyorlar.

Libby-Roberts, “Süper kabarık gezegenler oldukça nadirdir ve oluştuklarında genellikle gezegen sistemindeki tek gezegenler olurlar.” dedi. “Bir sistemde üç süper pufun nasıl oluştuğunu açıklamaya çalışmak yeterince zorlayıcı değilse, şimdi süper puf olsun ya da olmasın dördüncü bir gezegeni açıklamamız gerekiyor. Ayrıca sistemdeki başka gezegenleri de göz ardı edemeyiz. “

Araştırmacılar Kepler-51e’nin 264 günlük bir yörüngeye sahip olduğuna inandıkları için, yerçekiminin (veya ek gezegenlerin) sistemdeki üç iç gezegen üzerindeki etkilerinin daha iyi bir resmini elde etmek için ek gözlem süresine ihtiyaç duyulduğunu söylediler.

Libby-Roberts, “Kepler-51e, Venüs’ten biraz daha büyük bir yörüngeye sahip ve yıldızın yaşanabilir bölgesinin hemen içinde yer alıyor; dolayısıyla, eğer bakmaya zaman ayırırsak, bu mesafenin ötesinde çok daha fazlası oluyor olabilir” dedi. “Transit zamanlama değişikliklerine bakmaya devam etmek, yıldızlarından daha uzakta olan gezegenleri keşfetmemize ve potansiyel olarak yaşamı destekleyebilecek gezegenleri aramamıza yardımcı olabilir.”

Araştırmacılar şu anda Kepler-51d’nin atmosferi hakkında bilgi sağlayabilecek JWST verilerinin geri kalanını analiz ediyorlar. Araştırmacılar, üç iç gezegenin bileşimi ve diğer özelliklerinin incelenmesinin, olağandışı ultra düşük yoğunluklu süper kabarık gezegenlerin nasıl oluştuğunun anlaşılmasını da geliştirebileceğini söyledi.

Uluslararası araştırma ekibinde, Kepler-51d ekibine liderlik eden Libby-Roberts ve Masuda’nın yanı sıra, yer tabanlı takiplerin çoğunu koordine eden Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi’nden John Livingston; birçok yer tabanlı gözlemci; Kepler-51b ekibi; ve Palomar ekibi.