Missione Tess scopre il primo mondo con due stelle.

Nel 2019, quando Wolf Cukier terminò il suo ultimo anno alla Scarsdale High School di New York, si unì al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, come stagista estivo. Il suo compito era quello di esaminare le variazioni di luminosità delle stelle catturate dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA e caricate nel progetto scientifico TESS di Planet Hunters.

"Stavo esaminando i dati per tutto ciò che i volontari avevano segnalato come un binario a eclissi, un sistema in cui due stelle ruotano l'una attorno all'altra e dal nostro punto di vista si eclissano a vicenda ogni orbita", ha detto Cukier. “Circa tre giorni dopo il mio internato, ho visto un segnale da un sistema chiamato TOI 1338. All'inizio ho pensato che fosse un'eclissi stellare, ma i tempi erano sbagliati. Si è rivelato essere un pianeta. "

I ricercatori che lavorano con i dati del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA hanno scoperto il primo pianeta circumbinary della missione, un mondo in orbita attorno a due stelle. Il pianeta, chiamato TOI 1338 b, è circa 6,9 volte più grande della Terra, o tra le dimensioni di Nettuno e Saturno. Si trova in un sistema distante 1.300 anni luce dalla costellazione Pictor. Le stelle nel sistema formano un binario a eclissi, che si verifica quando i compagni stellari si girano attorno nel nostro piano visivo. Uno è circa il 10% più massiccio del nostro Sole, mentre l'altro è più freddo, più scuro e solo un terzo della massa del Sole. I transiti di TOI 1338 b sono irregolari, tra ogni 93 e 95 giorni, e variano in profondità e durata grazie al movimento orbitale delle sue stelle. TESS vede solo i transiti che attraversano la stella più grande - i transiti della stella più piccola sono troppo deboli per essere rilevati. La sua orbita è stabile per almeno i prossimi 10 milioni di anni. L'angolo dell'orbita per noi, tuttavia, cambia abbastanza da far cessare il transito del pianeta dopo il novembre 2023 e riprendere otto anni dopo.
Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA

TOI 1338 b, come viene ora chiamato, è il primo pianeta circumbinary di TESS, un mondo in orbita attorno a due stelle. La scoperta è stata presentata in una discussione di gruppo lunedì 6 gennaio, al 235 ° meeting della American Astronomical Society a Honolulu. Un documento, che Cukier è stato coautore di scienziati della Goddard, della San Diego State University, dell'Università di Chicago e di altre istituzioni, è stato presentato a una rivista scientifica.

Il sistema TOI 1338 si trova a 1.300 anni luce di distanza nella costellazione Pictor. Le due stelle si orbitano a vicenda ogni 15 giorni. Uno è circa il 10% più massiccio del nostro Sole, mentre l'altro è più freddo, più scuro e solo un terzo della massa del Sole.

TOI 1338 b è l'unico pianeta conosciuto nel sistema. È circa 6,9 volte più grande della Terra o tra le dimensioni di Nettuno e Saturno. Il pianeta orbita quasi nello stesso piano delle stelle, quindi subisce regolari eclissi stellari.

TESS ha quattro telecamere, ognuna delle quali acquisisce un'immagine a pieno formato di una macchia di cielo ogni 30 minuti per 27 giorni. Gli scienziati usano le osservazioni per generare grafici su come la luminosità delle stelle cambia nel tempo. Quando un pianeta attraversa davanti alla sua stella dalla nostra prospettiva, un evento chiamato transito, il suo passaggio provoca un netto calo della luminosità della stella.

Ma i pianeti in orbita attorno a due stelle sono più difficili da rilevare rispetto a quelli in orbita attorno a una. I transiti di TOI 1338 b sono irregolari, tra ogni 93 e 95 giorni, e variano in profondità e durata grazie al movimento orbitale delle sue stelle. TESS vede solo i transiti che attraversano la stella più grande; i transiti della stella più piccola sono troppo deboli per essere rilevati.

"Questi sono i tipi di segnali con cui gli algoritmi lottano davvero", ha dichiarato l'autore principale Veselin Kostov, ricercatore presso l'Istituto SETI e Goddard. "L'occhio umano è estremamente bravo a trovare schemi nei dati, in particolare schemi non periodici come quelli che vediamo nei transiti da questi sistemi."

Questo spiega perché Cukier ha dovuto esaminare visivamente ogni potenziale transito. Ad esempio, inizialmente pensava che il transito di TOI 1338 b fosse il risultato del passaggio della stella più piccola nel sistema di fronte a quella più grande - entrambi causano cali di luminosità simili. Ma i tempi erano sbagliati per un'eclissi.

Dopo aver identificato il TOI 1338 b, il team di ricerca ha utilizzato un pacchetto software chiamato eleanor, intitolato a Eleanor Arroway, il personaggio centrale del romanzo di Carl Sagan "Contact", per confermare che i transiti erano reali e non il risultato di artefatti strumentali.

"In tutte le sue immagini, TESS sta monitorando milioni di stelle", ha affermato la coautrice Adina Feinstein, una studentessa laureata presso l'Università di Chicago. "Ecco perché il nostro team ha creato eleanor. È un modo accessibile per scaricare, analizzare e visualizzare i dati di transito. Lo abbiamo progettato pensando ai pianeti, ma altri membri della comunità lo usano per studiare stelle, asteroidi e persino galassie. "

Il TOI 1338 era già stato studiato da terra mediante rilevamenti della velocità radiale, che misuravano il movimento lungo la nostra linea di vista. Il team di Kostov ha usato questi dati di archivio per analizzare il sistema e confermare il pianeta. La sua orbita è stabile per almeno i prossimi 10 milioni di anni. L'angolo dell'orbita per noi, tuttavia, cambia abbastanza da far cessare il transito del pianeta dopo il novembre 2023 e riprendere otto anni dopo.

Le missioni Kepler e K2 della NASA avevano precedentemente scoperto 12 pianeti circumbinary in 10 sistemi, tutti simili al TOI 1338 b. Le osservazioni sui sistemi binari sono distorte verso la ricerca di pianeti più grandi, ha detto Kostov. I transiti di corpi più piccoli non hanno un effetto così grande sulla luminosità delle stelle. TESS dovrebbe osservare centinaia di migliaia di binari che eclissano durante la sua missione iniziale di due anni, quindi molti altri di questi pianeti circumbinary dovrebbero essere in attesa di essere scoperti.

TESS è una missione NASA Astrophysics Explorer guidata e gestita dal MIT a Cambridge, nel Massachusetts, e gestita dal Goddard Space Flight Center della NASA. Altri partner includono Northrop Grumman, con sede a Falls Church, in Virginia; Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California; il centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian a Cambridge, nel Massachusetts; Lincoln Laboratory del MIT; e lo Space Telescope Science Institute di Baltimora. Più di una dozzina di università, istituti di ricerca e osservatori in tutto il mondo partecipano alla missione.

Banner: In questa illustrazione, TOI 1338 b è stagliato dalle sue stelle ospiti. TESS rileva solo i transiti dalla stella più grande. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA / Chris Smith

Scoperto altro pianeta simile alla Terra.

[Articolo NASA tradotto con Google Translate. Originale qui]

Il cacciatore di pianeti della NASA trova il suo primo mondo abitabile di dimensioni terrestri
Il satellite di indagine sull'esopianeta in transito (TESS) della NASA ha scoperto il suo primo pianeta delle dimensioni della Terra nella zona abitabile della sua stella, la gamma di distanze in cui le condizioni potrebbero essere giuste per consentire la presenza di acqua liquida sulla superficie. Gli scienziati hanno confermato la scoperta, chiamata TOI 700 d, utilizzando il telescopio spaziale Spitzer della NASA e hanno modellato i potenziali ambienti del pianeta per aiutare a informare le osservazioni future.

TOI 700 d è uno dei pochi pianeti delle dimensioni della Terra scoperti finora nella zona abitabile di una stella. Altri includono diversi pianeti nel sistema TRAPPIST-1 e altri mondi scoperti dal Kepler Space Telescope della NASA.

"TESS è stato progettato e lanciato appositamente per trovare pianeti delle dimensioni di una Terra in orbita attorno alle stelle vicine", ha affermato Paul Hertz, direttore della divisione di astrofisica presso la sede della NASA a Washington. “I pianeti attorno alle stelle vicine sono i più facili da seguire con telescopi più grandi nello spazio e sulla Terra. Scoprire TOI 700 d è una scoperta scientifica chiave per TESS. Confermare le dimensioni del pianeta e lo stato della zona abitabile con Spitzer è un'altra vittoria per Spitzer che si avvicina alla fine delle operazioni scientifiche questo gennaio. "

TESS monitora ampie aree del cielo, chiamate settori, per 27 giorni alla volta. Questo lungo sguardo permette al satellite di tracciare i cambiamenti nella luminosità stellare causati da un pianeta in orbita che attraversa davanti alla sua stella dalla nostra prospettiva, un evento chiamato transito.

TOI 700 è una piccola e simpatica stella nana M situata a poco più di 100 anni luce di distanza nella costellazione meridionale del Dorado. È circa il 40% della massa e delle dimensioni del Sole e circa la metà della sua temperatura superficiale. La stella appare in 11 dei 13 settori osservati da TESS durante il primo anno della missione e gli scienziati hanno catturato più transiti dai suoi tre pianeti.

La stella era originariamente erroneamente classificata nel database TESS come più simile al nostro Sole, il che significava che i pianeti apparivano più grandi e più caldi di quanto non siano in realtà. Diversi ricercatori, tra cui Alton Spencer, uno studente delle superiori che lavora con i membri del team TESS, hanno identificato l'errore.

"Quando abbiamo corretto i parametri della stella, le dimensioni dei suoi pianeti sono diminuite e ci siamo resi conto che quello più esterno era circa la dimensione della Terra e nella zona abitabile", ha detto Emily Gilbert, una studentessa laureata all'Università di Chicago. "Inoltre, in 11 mesi di dati non abbiamo visto razzi dalla stella, il che migliora le possibilità che TOI 700 d sia abitabile e che semplifichi la modellazione delle sue condizioni atmosferiche e superficiali."

Gilbert e altri ricercatori hanno presentato i risultati al 235 ° incontro dell'American Astronomical Society a Honolulu e tre articoli - uno dei quali guidato da Gilbert - sono stati sottoposti a riviste scientifiche.

Il pianeta più interno, chiamato TOI 700 b, è quasi esattamente delle dimensioni della Terra, è probabilmente roccioso e completa un'orbita ogni 10 giorni. Il pianeta medio, TOI 700 c, è 2,6 volte più grande della Terra - tra le dimensioni della Terra e di Nettuno - orbita ogni 16 giorni ed è probabilmente un mondo dominato dai gas. TOI 700 d, il pianeta più esterno conosciuto nel sistema e l'unico nella zona abitabile, misura il 20% più grande della Terra, orbita ogni 37 giorni e riceve dalla sua stella l'86% dell'energia che il Sole fornisce alla Terra. Si pensa che tutti i pianeti siano bloccati in modo ordinato alla loro stella, il che significa che ruotano una volta per orbita in modo che un lato sia costantemente immerso nella luce del giorno.

Un team di scienziati guidato da Joseph Rodriguez, un astronomo del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian a Cambridge, nel Massachusetts, hanno richiesto osservazioni di follow-up con Spitzer per confermare TOI 700 d.

"Dato l'impatto di questa scoperta - che è il primo pianeta di dimensioni terrestri della zona abitabile di TESS - volevamo davvero che la nostra comprensione di questo sistema fosse il più concreta possibile", ha detto Rodriguez. “Spitzer ha visto il TOI 700 d transitare esattamente quando ce lo aspettavamo. È una grande aggiunta all'eredità di una missione che ha contribuito a confermare due dei pianeti TRAPPIST-1 e identificarne altri cinque ".

I dati di Spitzer hanno aumentato la fiducia degli scienziati sul fatto che TOI 700 d è un pianeta reale e hanno affinato le loro misurazioni del suo periodo orbitale del 56% e delle sue dimensioni del 38%. Ha inoltre escluso altre possibili cause astrofisiche del segnale di transito, come la presenza nel sistema di una stella compagna più piccola e dimmer.

Rodriguez e i suoi colleghi hanno anche utilizzato le osservazioni di follow-up da un telescopio terrestre di 1 metro nella rete globale dell'Osservatorio di Las Cumbres per migliorare la fiducia degli scienziati nel periodo orbitale e nelle dimensioni di TOI 700 c del 30% e del 36%, rispettivamente.

Poiché TOI 700 è luminoso, nelle vicinanze e non mostra alcun segno di bagliori stellari, il sistema è il candidato principale per misurazioni di massa precise da parte degli attuali osservatori terrestri. Queste misurazioni potrebbero confermare le stime degli scienziati secondo cui i pianeti interno ed esterno sono rocciosi e il pianeta centrale è fatto di gas.

Le missioni future potrebbero essere in grado di identificare se i pianeti hanno atmosfere e, in tal caso, persino determinare le loro composizioni.

Mentre le condizioni esatte su TOI 700 d sono sconosciute, gli scienziati possono utilizzare le informazioni attuali, come le dimensioni del pianeta e il tipo di stella che orbita, per generare modelli di computer e fare previsioni. I ricercatori del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, hanno modellato 20 potenziali ambienti di TOI 700 d per valutare se una versione provocherebbe temperature superficiali e pressioni adatte all'abitabilità.

I loro modelli climatici 3D hanno esaminato una varietà di tipi di superficie e composizioni atmosferiche tipicamente associate a ciò che gli scienziati considerano mondi potenzialmente abitabili. Poiché TOI 700 d è bloccato in modo ordinato sulla sua stella, le formazioni nuvolose del pianeta e i modelli di vento potrebbero essere sorprendentemente diversi da quelli della Terra.

Una simulazione includeva un TOI 700 d coperto dall'oceano con un'atmosfera densa, dominata dal biossido di carbonio, simile a ciò che gli scienziati sospettavano circondasse Marte quando era giovane. L'atmosfera del modello contiene uno strato profondo di nuvole sul lato rivolto verso le stelle. Un altro modello raffigura TOI 700 d come una versione senza terra e senza terra della Terra moderna, dove i venti scorrono lontano dal lato notturno del pianeta e convergono sul punto direttamente di fronte alla stella.

Quando la luce delle stelle attraversa l'atmosfera di un pianeta, interagisce con molecole come l'anidride carbonica e l'azoto per produrre segnali distinti, chiamati linee spettrali. Il team di modellistica, guidato da Gabrielle Engelmann-Suissa, un'associazione di ricerca spaziale universitaria in visita assistente di ricerca presso Goddard, ha prodotto spettri simulati per le 20 versioni modellate di TOI 700 d.

"Un giorno, quando avremo spettri reali da TOI 700 d, possiamo tornare indietro, abbinarli allo spettro simulato più vicino e quindi associarlo a un modello", ha detto Engelmann-Suissa. "È eccitante perché, indipendentemente da ciò che scopriamo sul pianeta, sembrerà completamente diverso da quello che abbiamo qui sulla Terra."

TESS è una missione NASA Astrophysics Explorer guidata e gestita dal MIT a Cambridge, nel Massachusetts, e gestita dal Goddard Space Flight Center della NASA. Altri partner includono Northrop Grumman, con sede a Falls Church, in Virginia; Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California; il centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian a Cambridge, nel Massachusetts; Lincoln Laboratory del MIT; e lo Space Telescope Science Institute di Baltimora. Più di una dozzina di università, istituti di ricerca e osservatori in tutto il mondo partecipano alla missione.

Il Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, in California, gestisce la missione Spitzer Space Telescope per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. Le operazioni scientifiche vengono condotte allo Spitzer Science Center presso Caltech a Pasadena. Le operazioni spaziali si basano sul Lockheed Martin Space di Littleton, in Colorado. I dati sono archiviati nell'Infrared Science Archive ospitato presso l'IPAC di Caltech. Caltech gestisce JPL per la NASA.

Il lavoro di modellizzazione è stato finanziato attraverso la Collaborazione degli ambienti extrasolari del venditore presso Goddard, una collaborazione multidisciplinare che riunisce esperti per costruire modelli informatici completi e sofisticati per analizzare meglio le osservazioni attuali e future degli esopianeti. 

Banner image: The three planets of the TOI 700 system, illustrated here, orbit a small, cool M dwarf star. TOI 700 d is the first Earth-size habitable-zone world discovered by TESS. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center