Iedzīvotāju zinātnieki NASA TESS datos atklāj milzu Jupiteram līdzīgu planētu

Tomam Džeikobsam no Belvjū, Vašingtonas štatā, patīk medīt dārgumus. Kopš 2010. gada bijušais ASV flotes virsnieks ir piedalījies tiešsaistes brīvprātīgo projektos, kas ļauj apskatīt ikvienam interesentam – “pilsoņu zinātniekiem” NASA Teleskopa dati par eksoplanetu un planētu pazīmēm ārpus mūsu Saules sistēmas.

Tagad Džeikobss ir palīdzējis atklāt gāzes milzu planētu aptuveni 379 gaismas gadu attālumā no Zemes, kas riņķo ap zvaigzni ar tādu pašu masu kā Saule. uz JupitersLieluma planēta ir īpaša astronomiem, jo ​​tās gads, kurā ir 261 diena, ir garš, salīdzinot ar daudziem gāzes milžiem, kas zināmi ārpus mūsu Saules sistēmas. Rezultāts arī norāda, ka planēta atrodas nedaudz tālāk no savas zvaigznes Venera no saules. Rezultāti ir publicēti Astronomijas žurnāls Tas tika prezentēts Amerikas Astronomijas biedrības virtuālajā preses pasākumā 13. janvārī.

Šīs planētas izmēra un masas noteikšana un noteikšana prasīja nozīmīgu sadarbību starp profesionāliem astronomiem un pilsoņiem zinātniekiem, piemēram, Džeikobsu. teica Pols Dalba, Kalifornijas Universitātes Riversaidas astronoms un mācību grāmatas vadošais autors.

“TOI-2180 b atklāšana un publicēšana bija lielisks komandas darbs, lai parādītu, ka profesionāli astronomi un pieredzējuši zinātnieki var veiksmīgi sadarboties,” sacīja Džeikobs. “Tā ir sinerģija vislabākajā izpausmē.”

Kā notika atklājums?

Jaunatklātās planētas paraksts tika paslēpts NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite datos vai viņš-kaza. Izmantojot TESS datus, zinātnieki meklē tuvumā esošo zvaigžņu spilgtuma izmaiņas, kas varētu liecināt par orbītā riņķojošu planētu klātbūtni.

Džeikobss ir daļa no pilsoņu zinātnieku grupas, kas aplūko TESS datu gabalus, kas parāda zvaigznes spilgtuma izmaiņas laika gaitā, meklējot jaunas planētas. Kamēr profesionāli astronomi izmanto algoritmus, lai automātiski skenētu desmitiem tūkstošu datu punktu no zvaigznēm, šie pilsoņi zinātnieki izmanto programmu LcTools, ko izveidojis Alans R. Šmits, lai pārbaudītu teleskopa datus ar aci. Tāpēc Jacobs grupa, kurā ir vairāki pilsoņu zinātnieki un divi veterāni astronomi, sevi sauc par Optical Survey Group. Daudzi no viņiem tikās, strādājot pie Planet Hunters — pilsoņu zinātnes projekta, ko NASA finansēja ar Zooniverse starpniecību un kurā galvenā uzmanība tika pievērsta datiem no NASA kosmosa kuģa Kepler.

2020. gada 1. februārī Džeikobss novēroja diagrammu, kurā redzams, ka zvaigžņu gaisma no TOI-2180 ir aptumšota par mazāk nekā pusprocentu, un pēc tam 24 stundu laikā atgriezās iepriekšējā spilgtuma līmenī, ko var izskaidrot ar planētu, kas riņķo ap to. Tiek teikts, ka tas “šķērso”, jo tas iet priekšā zvaigznei no mūsu viedokļa. Mērot gaismas daudzumu, kas samazinās, planētai ejot cauri, zinātnieki var novērtēt planētas izmēru un papildus citiem mērījumiem arī tās blīvumu. Taču tranzītu var redzēt tikai tad, ja zvaigzne un tās planēta sakrīt ar teleskopiem, uz kuriem skatāties.

Toms Džeikobss, pilsonis zinātnieks, kurš sadarbojas ar speciālistiem, lai meklētu eksoplanētas High Haleakala observatorijas vietā Havaju salās. Kredīts: Toms Džeikobss

Diagrammu, kas parāda zvaigžņu gaismu laika gaitā, sauc par “gaismas līkni”. Vizuālās skenēšanas grupa brīdināja divus profesionālus zinātniekus – Polu Dalpu no Kalifornijas universitātes Riversaidā un Diānu Dragomiru, Ņūmeksikas universitātes asociēto profesori -, ka šī gaismas līkne varētu būt intriģējoša.

“Ar šo jauno atklājumu mēs arī virzām to planētu veidu robežas, kuras varam iegūt no TESS novērojumiem,” sacīja Dragomirs. “TESS nav īpaši izstrādāts, lai atrastu tik ilgi orbītā eksoplanetas, taču mūsu komanda ar pilsoņu zinātnieku palīdzību tomēr iegūst šo reto dārgakmeni.”

Datoralgoritmi, ko profesionāli astronomi izmanto planētu meklēšanai, ir izstrādāti, identificējot vairākus tranzīta notikumus no vienas zvaigznes. Tāpēc pilsoņu zinātnieku vizuālā pārbaude ir ļoti noderīga, ja ir pieejams tikai viens tranzīts. Tā kā šī ir vienīgā reize, kad TOI-2180 b zvaigzne šajā datu kopā ir aptumšojusies, to sauc par “vienas pārejas notikumu”.

“Manuālais darbs, ko viņi iegulda, ir patiešām svarīgs un patiešām iespaidīgs, jo ir patiešām grūti uzrakstīt kodu, kas var iziet cauri miljonam gaismas līknēm un droši identificēt atsevišķus pārraides notikumus,” sacīja Dalba. “Šī ir viena joma, kurā cilvēki joprojām pārvar kodu.”

Bet kā komanda spēja izslēgt citus skaidrojumus īsajai zvaigžņu gaismai? Vai viņi varētu būt pārliecināti, ka atraduši planētu? Viņiem būs nepieciešamas papildu piezīmes.

Par laimi Dalba varēja izmantot automatizēto planētu meklētāja teleskopu Ezera observatorijā Kalifornijā. “Es izmantoju šo teleskopu, lai izmērītu zvaigznes svārstības, lai noteiktu, cik masīva ir šī planēta, ja tā vispār ir planēta,” viņš teica. Pētnieku komanda arī izmantoja Keck I teleskopu WM Keck observatorijā Havaju salās, lai veiktu dažus no šiem mērījumiem, kad Lick observatoriju apdraudēja meža ugunsgrēki.

Ar 27 stundu novērojumiem, kas aptver vairāk nekā 500 dienas, Dalpa un viņa kolēģi novēroja planētas gravitācijas spēku uz zvaigzni, ļaujot viņiem aprēķināt planētas masu un novērtēt tās orbītas iespējas. Tomēr viņi vēlējās novērot planētas tranzītu, kad tā atgriezās, lai apstiprinātu orbītu. Diemžēl atrast otro tranzīta notikumu ir bijis grūti, jo pastāv liela neskaidrība par to, kad planēta atkal šķērsos savas zvaigznes seju.

Dalba lobēja un organizēja novērošanas kampaņu, kurā 2020. gada augustā piedalījās gan profesionāli astronomi, gan pilsoņu zinātnieki, kuri izmantoja teleskopus 14 vietās trīs kontinentos. Lai atbalstītu kampaņu, Dalba izveidoja piecu nakšu nometni Kalifornijas Džošua Tree nacionālajā parkā un meklēja tranzīti ar diviem teleskopiem Pārnēsājams amatieris. Sadarbības rezultātā 11 dienu laikā tika iegūtas 55 datu kopas.

Galu galā neviens no šiem teleskopiem planētu neuztvēra ar pārliecību. Tomēr skaidras noteikšanas trūkums šajā laika periodā izbeidza orbītas ilgumu, norādot uz aptuveni 261 dienu ilgu periodu. Izmantojot šo aprēķinu, viņi paredzēja, ka TESS 2022. gada februārī atkal redzēs planētu tranzītā ar savu zvaigzni.

par planētu

TOI-2180 b ir trīs reizes masīvāks par Jupiteru, bet tam ir tāds pats diametrs, kas nozīmē, ka tas ir blīvāks par Jupiteru. Tas lika zinātniekiem aizdomāties, vai tas veidojies savādāk nekā Jupiters.

Vēl viens pavediens par planētas sastāvu varētu būt iekšā. Izmantojot datoru modeļus, viņi noteica, ka jaunā planēta varētu saturēt līdz 105 masām elementu, kas ir smagāki par ūdeņradi un hēliju. “Tas ir daudz,” saka Delba. “Tas ir vairāk, nekā mēs domājam, ka tas ir Jupiterā.”

Astronomiem joprojām ir daudz ko uzzināt par planētu grupu. Ir apstiprinātas aptuveni 4800 eksoplanetu, taču tiek uzskatīts, ka mūsu galaktikā ir miljardiem planētu. Jaunais atklājums norāda, ka starp milzu planētām dažas satur smagākus elementus nekā citas.

Mūsu Saules sistēmā ik pēc 12 gadiem ap Sauli riņķo milzu planēta Jupiters; uz Saturns, “gads” ir 29 gadus vecs. Mums nav tādu milzu planētu kā TOI-2180 b starp Zemi un Sauli. Taču ārpus Saules sistēmas astronomi ir atraduši desmitiem eksoplanetu, kas ir lielākas par Jupiteru un riņķo ap to zvaigznēm daudz tuvāk nekā Merkura zvaigzne.

Ar vidējo temperatūru aptuveni 170 grādi F, TOI-2180 b ir siltāks par istabas temperatūru uz Zemes un siltāks par mūsu Saules sistēmas ārējām planētām, tostarp Jupiteru un Saturnu. Taču, salīdzinot ar tranzītu milzu eksoplanetu grupu, ko astronomi ir atraduši riņķojam ap citām zvaigznēm, TOI-2180 b ir neparasti vēss.

“Tas ir lielisks sākumpunkts starp lielāko daļu mūsu atrasto milzu eksoplanetu un pēc tam patiešām foršo Jupiteru un Saturnu,” ​​sacīja Dalba.

Ko tad

Kad TESS februārī pamanīja zvaigzni, Dalba un pilsoņu zinātnieki bija satraukti, lai iegūtu datus un atgrieztos. Ja viņi atradīs planētas parakstu, kas apstiprina 261 dienas periodu, tas piešķirs lielāku nozīmi datiem no viņu globālās pasaules. kampaņu, lai to atrastu 2020. gadā.

NASA Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, kas startēja 25. decembrī, visticamāk, novēros planētu un tās atmosfēru. Bet ir vēl viens iemesls, kāpēc Dalba ir sajūsmā par Veba iespējām. Ņemot vērā, ka Jupiteram mūsu Saules sistēmā ir gredzeni un pavadoņi, Webb var izmantot, lai meklētu mazu objektu klātbūtni, kas riņķo orbītā TOI-2180 b.

Līdz šim neviens gredzens vai pavadonis ārpus mūsu Saules sistēmas nav droši atrasts, taču viens no iemesliem var būt tas, ka daudzas eksoplanetas atrodas netālu no to zvaigznes, kuras gravitācijas spēks var aizvākt šādus objektus. TOI-2180 b, kas atrodas tālāk no tās saimniekzvaigznes, var sniegt aizraujošu iespēju šādiem pētījumiem. “Es domāju, ka šī ir interesanta sistēma vēlākai nākotnei,” sacīja Delba.

Kad viņš nemedī planētas, Džeikobss, pilsonisks zinātnieks, sadarbojas ar bezpeļņas organizācijām, kas palīdz cilvēkiem ar invaliditāti atrast darbu savās kopienās.

Džeikobs sacīja, ka Vizuālās izmeklēšanas grupas dalībnieki “katru dienu daudz stundu velta datu skenēšanai, aiz tīra prieka un intereses par zinātnes attīstību.” Kopā komanda ir līdzautore vairāk nekā 68 recenzētiem zinātniskiem rakstiem, tostarp par tranzīta “eksokomētu” atklāšanu vai ārpus Saules sistēmas esošajām komētām, kas šķērso zvaigznes seju.

“Mums patīk dot ieguldījumu zinātnē,” sacīja Džeikobs. “Un man patīk šāda veida aptauja, zinot, ka tā atrodas jaunā, neatklātā apgabalā, ko neviens cilvēks nekad nav redzējis.”

Atsauce: “TESS-Keck Survey. VIII. Apstiprinājums par pārejošu milzu planētu vairāk nekā 261 ekscentrisku dienu, izmantojot robotizēto planētu meklētāja teleskopu”, Pols A. Dalpa, Stīvens R. Kīns, Diāna Dragomira, Stīvens Viljanueva jaunākais, Kārena A. Kolinss un Tomass Lī Džeikobss un Derils M. Lakurss, Roberts Galjāno, Martijs H. Kristiansens, Marks Omohondro, Hanss M. Švinglers, Evans A. Terentifs, Endrjū Vanderbergs, Bendžamins Fultons, Hovards Īzaksons, Jūda van Zandts, Endrjū V. Hovards, Daniels B. Torngrens, Stīvs B. , Natālija M. Batalha, Ešlija Čontosa, Ians Dž. M. Krosfīlds, Kortnija de Dresinga, Daniels Hopers, Ēriks A. Petidžora, Pols Robertsons, Arpita Roja, Lorēna M. Veisa, Ida Bēmāra, Korijs Bērds, Keisijs L. Brinkmens, Stīvens Džakaloni Heils , Džeks Lubins, Endrjū V. Mejo, Teo Mokniks, Džozefs M. Akana Mērfijs, Alekss S. Polaņskis, Malīna Raisa, Lī Dž. Rozentāls, Raiens A. Robbinsals, Nikolass Skārsdeils, Emma Fei Turtlbauma, Dakota Tailere, Pols Penijs, Pats Boiss, Tomass M. Espozito, E. Žirardins, Didjē Lalums, Pablo Levins, Kristofers R. Manns, Frans Markiss, Ričards P. Švarcs, Gregors Srdoks, Jana Stjuere, Tirupati Sivarani, Atira Unni, Nora L. Eisnere, Tara Feterolfa , Džeksings Li, Siņju Jao, Džošua Pepers, Džordžs R. Rikers, Rolands Vanderspeks, Deivids V. S. Sīgers, Džošua N. Vinns, Džons M. Dženkinss, Kristofers Dž. Bērks, Džeisons D. Īstmens, Maikls B. Lunds, Deivids R. Rodrigess, Pamela Roudena un Ēriks B. Astronomijas žurnāls.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / ac415b

Vairāk par pilsoņu zinātnēm

NASA sadarbojas ar dažādām tēmām, sākot no Zemes zinātnēm līdz Saulei un beidzot ar plašāku Visumu. Ikviens pasaulē var piedalīties. Iepazīstieties ar jaunākajām iespējām vietnē science.nasa.gov/citizenscience.

Par Tesu

TESS ir NASA astrofizikas misija, kuru vada un pārvalda ar Kembridžā, Masačūsetsā, un to pārvalda NASA Godāras kosmosa lidojumu centrs. Papildu partneri ir Northrop Grumman of Falls Church, Virdžīnija; NASA Eimsa pētniecības centrs Kalifornijas Silīcija ielejā; Astrofizikas centrs | Harvard un Smithsonian Kembridžā, Masačūsetsā; Linkolna laboratorija Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā. un Kosmiskā teleskopa zinātnes institūts Baltimorā. Misijā piedalās vairāk nekā desmit universitāšu, pētniecības institūtu un observatoriju no visas pasaules.

Nacionālā zinātnes fonda pēcdoktorantūras stipendiju programma astronomijai un astrofizikai sniedza ieguldījumu šajā pētījumā.