Tämän planeetan, TOI-512 b:n, tiheys on 1,02 kertaa Maan tiheys. Sen fyysiset parametrit sijoittavat sen kaasumaisten ja kivisten planeettojen siirtymäalueelle. Yksi modernin astrofysiikan suurista haasteista on ymmärtää ne muodostumis- ja kehitysmechanismit, jotka tuottavat joko kaasumaisia tai kivisiä planeettoja. Nämä tutkimukset on julkaistu Astronomy & Astrophysics -lehdessä.
Eksoplaneettojen havaitsemiseksi astronomit käyttävät pääasiassa kahta menetelmää: transitioita ja radiaalinopeuksia. Ensimmäinen menetelmä perustuu tähden valon heikkenemisen tarkkailuun, kun planeetta kulkee sen edestä. Toinen mittaa tähden nopeuden vaihteluita, joita planeetan läsnäolo aiheuttaa.
Viimeksi mainittu menetelmä vaatii tähtien tarkkailua yksi kerrallaan spektrografin avulla, mikä vaatii huomattavasti havaintoaikaa. Sen sijaan transitioiden menetelmä mahdollistaa useiden tuhansien tähtien samanaikaisen seurannan yhdellä teleskoopilla, mikä tekee siitä paljon tehokkaamman eksoplaneettojen havaitsemisessa.
Tällaiset löydöt ovat olennaisia ymmärryksemme parantamiseksi planeettojen muodostumis- ja kehitysmechanismeista.
"Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana transitioiden menetelmä on siis saanut etulyöntiaseman", selittää Mara Attia, Geneven yliopiston tähtitieteen osaston postdoc ja tutkimuksen toinen kirjoittaja.
"Kuitenkin transitioiden menetelmä tuottaa monia vääriä positiivisia tuloksia. Usein on tarpeen käyttää toista tekniikkaa vahvistaakseen eksoplaneetan läsnäolon tähden ympärillä. Lisäksi se ei myöskään mahdollista planeetan massan mittaamista, mikä on välttämätöntä sen luonteen tutkimiseksi. Myös tässä tapauksessa on turvauduttava radiaalinopeuksien menetelmään."
Tällainen havaintotango on siis syntynyt näiden kahden menetelmän välille. Transitioiden menetelmä tuottaa monia "kandidaatti" planeettoja, joiden vahvistamisesta maailmanlaajuiset spektrografit huolehtivat samalla, kun ne määrittävät näiden uusien eksoplaneettojen massan.
ESPRESSO:n tarkkuus
Yksi tämän hetken tuottavimmista transitio-ohjelmista on TESS-avaruusteleskooppi, joka on vuodesta 2018 lähtien tuottanut yli 7 000 eksoplaneettaa. Sen sijaan radiaalinopeusmittauksissa ESPRESSO, jonka suunnittelu ja rakentaminen on ollut UNIGE:n johdolla, on maailman tarkin spektrografi. Yksi sen havainto-ohjelmista, "Työryhmä numero 3 (WG3), seuraten TESS:iä", on Geneven yliopiston tähtitieteen osaston johtama. Sen tehtävänä on vahvistaa TESS:n löytämien kandidaattien planeettaluonne tieteellisenä tavoitteena ymmärtää paremmin siirtymistä kivisten ja kaasumaisten planeettojen välillä.
Super-Maa vai mini-Neptunus
Aurinkokunnassamme suurimmat kiviset planeetat ovat Maa ja Venus. Pienimmät kaasumaiset planeetat ovat Uranus ja Neptunus, joiden massat ovat vastaavasti 14,5 ja 17,1 kertaa suuremmat kuin Maan. Aurinkokunnassamme ei ole mitään väliin jäävää planeettaa Maan ja Uranuksen välillä. Kuitenkin eksoplaneettojen väestön analyysi osoittaa, että planeetat, joiden massa on 3-10 Maan massan välillä, ovat Galaksimme runsaimpia.
Koska emme tiedä tarkasti niiden luonteen, jaamme ne kahteen kategoriaan: super-Maat, kun niiden tiheys on lähellä Maan tiheyttä (ne ovat todennäköisesti kivisiä), ja mini-Neptunukset, kun niiden tiheys lähestyy Neptunuksen tiheyttä (ne ovat todennäköisesti kaasumaisia).
Uuden planeetan eteen vuosien työ
Eksoplaneetat ovat kaikkialla. Jokaisella tähdellä on todennäköisesti oma planeettakuntansa, johon kuuluu merkittävä osuus super-Maita tai mini-Neptunuksia. Kuitenkin jokainen löytö edustaa haastetta ja vaatii vuosien työn. Uusi eksoplaneetta, jonka ESPRESSO havaitsi, TOI-512 b, ei ole poikkeus. Sen havaitseminen vaati 72 päivää jatkuvaa havaintoa TESS:llä yli kahden vuoden ajan, 37 yön havaintoja ESPRESSO:lla kahdeksassa kuukaudessa, jota seurasi pitkät kuukaudet tiukkaa analyysiä kansainväliseltä tiimiltä.
Yhden senttimetrin sivun pituinen kuutio TOI-512 b:n materiaalia painaa 5,62 grammaa, mikä on lähellä Maan arvoa (5,51 grammaa). Se on siis super-Maa, jonka massa on 3,5 kertaa Maan ja säde 1,5 kertaa suurempi. Se kiertää K-tyypin tähteään, joka on hieman kylmempi (5000 °C) kuin meidän Aurinkomme, hieman yli 7 maapäivää. Eksoplaneettojen väestön keskuudessa nämä fyysiset arvot sijoittavat TOI-512 b:n kivisten ja kaasumaisten planeettojen siirtymäalueelle.
"ESPRESSO:n tarkkuus on ollut ratkaisevaa TOI-512 b:n koostumuksen luonteen määrittämisessä. Se on pieni lisäys jo pitkään tunnettuun planeettojen luetteloon, mutta tällaiset löydöt ovat olennaisia ymmärryksemme parantamiseksi planeettojen muodostumis- ja kehitysmechanismeista. Tarvitsemme vielä monia muita muuttaaksemme oletuksemme tieteellisiksi varmuuksiksi", päättää José Rodrigues, Porton astrofysiikan instituutin tohtoriopiskelija ja löydön ensimmäinen kirjoittaja.