Nowa  egzoplaneta odkryta przez teleskop kosmiczny TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) wskazała drogę odkryciu jeszcze dwóch innych planet okrążających tą samą gwiazdę. Jedna z nich znajduje się w strefie potencjalnie nadającej się do zamieszkania. Naukowcy nie znają jeszcze jej dokładnych parametrów, lecz podejrzewają, że jest skalista i może być nawet dwukrotnie większa od Ziemi.

Ukryte planety

Nowa „Ziemia” orbituje wokół gwiazdy o nazwie GJ 357, czerwonego karła o masie równej 1/3 naszego Słońca oraz około 40% chłodniejszej. Ten układ słoneczny znajduje się w gwiazdozbiorze Hydry, w odległości 31 lat świetlnych od naszego. To w kosmicznej skali bardzo niedaleko. W lutym kamery TESS zarejestrowały spadek jasności gwiazdy co 3,9 dnia, wskazujący na obecność tranzytującej egzoplanety, która przesuwa się na tle tarczy swojej gwiazdy. 

Tranzyty obserwowane przez TESS potwierdziły obecność egzoplanety GJ 357 b, około 22% większej od Ziemi. Obraca się ona 11 razy bliżej swojej macierzystej gwiazdy niż Merkury wokół Słońca. Dzięki temu osiąga średnią temperaturę – obliczoną bez brania pod uwagę dodatkowych efektów cieplarnianych możliwej atmosfery – na poziomie około 254 stopni Celsjusza.

Wirtualna podróż po systemie GJ 357 zlokalizowanym w konstelacji Hydry. (Źródło: NASA)

“Definiujemy GJ 357 b jako gorącą Ziemię” – wyjaśnia Enric Pallé, astrofizyk z Astrophysics of the Canary Islands na Teneryfie. – „Mimo że nie może utrzymać życia, jest warta uwagi, ponieważ to trzecia najbliższa tranzytująca egzoplaneta znana do dziś i jedna z najodpowiedniejszych skalistych planet do pomiarów składu ewentualnej atmosfery, którą może posiadać”.

Analizując dane uzyskane ze źródeł naziemnych w celu potwierdzenia istnienia „gorącej Ziemi”, naukowcy odkryli dwie kolejne planety. Wyjątkowo intrygująca jest najdalej znajdująca się znana planeta GJ 357 d. Jej odkrycie było wynikiem analizy danych pochodzących z obserwacji naziemnych sięgających wstecz aż do 1998 roku. TESS wskazał jedynie wskazówkę gdzie szukać.

Nowa Ziemia czy nowy Mars?

Zespół Luque’a przeanalizował dane z Europejskiego Obserwatorium Południowego, Obserwatorium Las Campanas w Chile, Teleskopów Kecka na Hawajach, Obserwatorium Calar Alto w Hiszpanii oraz z wielu innych. Dokument opisujący odkrycia został opublikowany w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

GJ 357 d jest zlokalizowana na zewnętrznej krawędzi strefy, w której możliwe byłoby istnienie życia, gdzie otrzymuje ona mniej więcej taką samą dawkę energii jaką Mars dostaje od Słońca.” – mówi współautor Diana Kossakowski z Max Planck Institute for Astronomy w Heidelbergu. – „Jeśli planeta ma gęstą atmosferę, co może zostać dopiero potwierdzone przez dalsze badania, mogłaby zatrzymywać wystarczającą ilość ciepła do ogrzania planety i retencji wody w stanie ciekłym.”

Wizja artystyczna planety GJ 357 d. (Źródło: NASA)

Bez atmosfery średnia temperatura wynosi minus 53 stopnie Celsjusza, więc planeta sprawia wrażenie raczej lodowej, niż możliwej do zasiedlenia. Posiada masę około 6,1 razy większą niż Ziemia i obraca się wokół swojej gwiazdy co 55,7 dnia, w odległości wynoszącej około 20% odległości Ziemi od Słońca. Wymiary oraz skład planety są nieznane, lecz skalista planeta z taką masą wskazuje na rozmiar nawet dwukrotnie większy od Ziemi.

Pomimo, że TESS monitorował gwiazdę przez około miesiąc, zespół Luque’a przewiduje, że do tranzytu doszło poza obserwacyjnym oknem TESS. „W pewnym sensie te planety chowały się przed pomiarami przeprowadzanymi w obserwatoriach przez wiele lat” – powiedział Rafael Luque, lider zespołu który dokonał odkrycia.

Na tropie kolejnych egzoplanet

W tym układzie słonecznym odkryto jeszcze jedną, środkową planetę GJ 357 c, o masie co najmniej 3,4 razy większej od Ziemi. Pełny obieg wokół macierzystej gwiazdy wykonuje w ciągu 9,1 dnia, znajduje się w odległości nieco ponad dwukrotnie większej od obserwowanej egzoplanety tranzytującej GJ 357 b i ma średnią temperaturę 127 stopni Celsjusza. TESS również nie zaobserwowała tranzytów tej planety, co sugeruje, że jej orbita jest lekko odchylona  – prawdopodobnie mniej niż o 1 stopień – w porównaniu z orbitą „gorącej Ziemi” GJ 357 b, tak więc nigdy nie mija gwiazdy z perspektywy TESS.

Aby potwierdzić obecność GJ 357 b oraz odkrycia jej sąsiadek, Luque i inni członkowie zespołu skierowali swoją uwagę na pomiary naziemne jej prędkości radialnej oraz prędkości jej ruchu. Oddziaływanie grawitacyjne orbitującej planety w stosunku do swojej gwiazdy jest możliwe do zaobserwowania przez astronomów jako małe zmiany koloru. Gdy gwiazda znajduje się bliżej nas, spektrum światła jest bardziej niebieskie, kiedy się oddala czerwone. Zespół szukał planet dookoła jasnych gwiazd używając pomiarów prędkości radialnej przez dekady i często udostępniał te obszerne i precyzyjne obserwacje dla innym astronomom.

TESS to teleskop kosmiczny należący do agencji NASA, stworzony specjalnie do poszukiwania egzoplanet metodą tranzytu. Misja jest prowadzona przez MIT w Cambridge i zarządzana przez NASA’s Goddard Space Flight Center. TESS został wystrzelony w kwietniu 2018 r. i ma pozostać na orbicie jeszcze rok, wykonując w czasie całej misji badania około pół miliona gwiazd. Misję wspiera kilkanaście instytucji, uniwersytetów oraz obserwatoriów z całego świata.