TESS vindt exoplaneet met twee zonnen

artist impression van de exoplaneet TOI 1338 b
TOI 1338 b afgebeeld met zijn twee sterren. TESS kan alleen de transities van de grotere ster waarnemen. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith

TOI 1338 b is de eerste door TESS ontdekte circumbinaire planeet, een planeet die om twee sterren draait. De ontdekking werd op 6 januari 2019 tijdens een paneldiscussie op de 235ste bijeenkomst van de American Astronomical Society gepresenteerd. De ontdekking, gedaan door een team onder leiding van de astronoom Wolf Cukier is ook ter publicatie aangeboden aan een wetenschappelijk tijdschrift.

De ster TOI 1338 (TESS Object of Interest) bevindt zich op een afstand van ongeveer 1300 lichtjaar van de Aarde in het sterrenbeeld Pictor – Beeldhouwer. Dit sterrenbeeld bevindt zich aan de zuidelijke sterrenhemel en is vanuit Nederland niet zichtbaar. De twee sterren draaien met een periode van 15 dagen om een gemeenschappelijk zwaartepunt. De zwaarste ster heeft een massa van 1,1 zonsmassa. De andere ster heeft een massa van ongeveer 1/3de zonsmassa.

De planeet wordt TOI 1338 b genoemd. Deze planeet is ongeveer 6,9 * groter dan de Aarde. Dit is tussen de grootte van Neptunus en Saturnus in. De sterren in het systeem vormen een eclipserende dubbelster. Dat wil zeggen dat de sterren elkaar, gezien vanaf de Aarde, kunnen bedekken. De transities van TOI 1338 b vinden onregelmatig plaats: iedere 93 en 95 dagen. Bovendien is de tijdsduur van de transitie niet altijd hetzelfde. Dit geldt ook voor de mate van lichtverzwakking als de planeet voorlangs de sterren beweegt. Dat dit niet steeds hetzelfde is wordt veroorzaakt door de beweging van de sterren. TESS kan ook alleen maar de overgang voorlangs de grootste ster waarnemen. De overgang voorlangs de kleinere ster is voor TESS te zwak om te kunnen zien.

Berekeningen hebben aangetoond dat de baan die de planeet om de twee sterren volgt minstens de komende 10 miljoen jaar stabiel is. De hoek die de baan ten opzichte van ons maakt verandert wel en wel dusdanig dat we de exoplaneet na november 2023 niet meer kunnen waarnemen. Acht jaar later wordt de planeet voor ons weer zichtbaar.

TOI 1338 b is de enige bekende planeet in het systeem. De helling van de baan van de planeet is nagenoeg gelijk aan de baan van de twee sterren en dat betekent dat er zeer regelmatig bedekkingen zichtbaar zijn op de planeet.

TESS

De TESS satelliet is uitgerust met vier camera’s die gedurende 27 dagen iedere 30 minuten een opname maken van het gebied aan de sterrenhemel. Wetenschappers gebruiken deze waarnemingen om er grafieken mee te maken die laten zien hoe de helderheid van de ster in de tijd veranderd. Als, gezien vanaf de Aarde, een planeet voorlangs een ster beweegt (we noemen dit een transitie of een overgang) dan zal die passage een kleine maar duidelijke dip in de helderheid van de ster veroorzaken.

Maar planeten die om twee sterren draaien zijn veel lastiger te herkennen dan die om één ster draaien. De transities van TOI 1338 b zijn onregelmatig, iedere 93 en 95 dagen ende helderheidsveranderingen en de duur van die helderheidsverandering zijn niet altijd hetzelfde. Algoritmes die astronomen gebruiken bij het verwerken van de data hebben grote problemen met deze onregelmatige veranderingen. Daarom wordt nog steeds het menselijk oog gebruikt om patronen in data te herkennen en dan speciaal niet periodieke patronen zoals transities in dubbelstersystemen.

Dit verklaart ook waarom Cukier iedere potentiële transitie visueel moest beoordelen. In eerste instantie leek het erop dat de transitie van TOI 1338 b het resultaat was van de kleinere ster die voorlangs de grotere ster beweegt. Zoiets veroorzaakt vergelijkbare dipjes in de helderheid. Maar de tijden klopten niet voor een transitie.

Nadat het team TOI 1338 b had geïdentificeerd gebruikten ze een softwareprogramma dat “Eleanor” wordt genoemd (Eleanor Arroway is de hoofdpersoon in het boek “Contact” van Carl Sagan) om de bevestigen dat het gaat om echte transities en dat er geen sprake was van artefacten in het instrumentarium.

TESS houdt miljoenen sterren in de gaten en dat is de reden dat men “Eleanor” heeft geprogrammeerd. De software maakt het mogelijk om de gegevens van TESS gemakkelijk te visualiseren, te analyseren en te downloaden. Er zijn astronomen die het ook gebruiken voor het bestuderen van sterren, asteroïden en zelfs complete sterrenstelsels.

TOI 1338 is ook al met behulp van de radiale snelheidsmethode vanaf de Aarde bestudeerd. Deze data zijn gebruikt om het systeem te analyseren en het bestaan van de exoplaneet te bevestigen.

Kepler Space Telescope

De Kepler Space Telescope heeft 12 circumbinaire planeten gevonden in 10 verschillende stersystemen. Al deze systemen zijn vergelijkbaar met TOI 1338 b. Waarnemingen van dubbelstersystemen leiden alleen maar tot de ontdekking van grote planeten. Overgangen van kleinere objecten hebben geen groot effect op de helderheidsveranderingen van de ster. TESS zal tijdens zijn twee jaren durende missie vermoedelijk honderdduizenden eclipserende dubbelsterren bestuderen. Er zullen dus ongetwijfeld meer circumbinaire planeten worden gevonden.

 

Eerste publicatie: 7 januari 2020
Bron: NASA