TOI-1752 rummer både en lavahed super-Jord og en tempereret sub-Neptun

Et planetsystem med to meget forskellige verdener

TOI-1752 er nu bekræftet som et planetsystem med to planeter omkring en M1V-rød dværgstjerne omkring 337 lysår fra Jorden. Den inderste planet, TOI-1752 b, har et ekstremt kort omløb og er derfor en kandidat til at være en såkaldt lava-verden. Den yderste, TOI-1752 c, er en større sub-Neptun med et omløb på 32,7 døgn og befinder sig i det område, der betegnes som den optimistiske beboelige zone. 9111213

Det afgørende forbehold er, at en »beboelig zone« kun beskriver et interval for den stråling, en planet modtager fra sin stjerne, under bestemte antagelser om atmosfæren. Det viser hverken, at planeten har flydende vand, en egnet overflade eller liv.

Sådan blev planeterne bekræftet

NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, leder efter regelmæssige fald i en stjernes lysstyrke. Faldet opstår, når en planet passerer foran stjernen set fra Jorden – en begivenhed, der kaldes en transit. Metoden finder planetkandidater, men yderligere observationer er nødvendige for at udelukke falske positiver som formørkende dobbeltstjerner.

Fotometri i flere farver er én af de metoder, der kan bruges til at undersøge, om et signal opfører sig som en planet, der passerer foran den pågældende stjerne. 1

Forskningen, som er ledet af Instituto de Astrofísica de Andalucía, kombinerede TESS-data med observationer fra jorden. Ifølge det andalusiske astrofysikinstitut indgik både rum- og jordbaserede målinger, mens opfølgende observationer fra De Kanariske Øer omfattede MuSCAT2 på Telescopio Carlos Sánchez ved Teide-observatoriet. 1112

Studiet validerer begge objekter som planeter. Den offentliggjorte forskning beskriver TOI-1752 b og TOI-1752 c som to små planeter, der passerer foran den nærliggende røde dværgstjerne, og angiver deres målte radier og omløbstider. 13

TOI-1752 b: kandidaten til en lava-verden

TOI-1752 b har en radius på omkring 1,69 gange Jordens og fuldfører et omløb på cirka 0,94 døgn. NASA’s exoplanetarkiv registrerer den som en bekræftet transitplanet. 5

Planeten befinder sig ekstremt tæt på sin røde dværgstjerne. Den intense bestråling er baggrunden for beskrivelsen »lava-verden«, som bruges i studiet og den medfølgende omtale. Udtrykket skal dog forstås som en modelbaseret beskrivelse af et usædvanligt varmt miljø – ikke som en direkte observation af smeltet klippe på overfladen. 513

Med sin størrelse regnes TOI-1752 b som en super-Jord, men betegnelsen betyder ikke, at planeten nødvendigvis minder om Jorden med hensyn til overfladeforhold. Her bruges den primært til at skelne den fra større, Neptun-lignende verdener.

TOI-1752 c: en sub-Neptun på 2,29 jordradier

TOI-1752 c er systemets yderste planet. NASA beskriver den som en Neptun-lignende exoplanet med en masse på 5,86 jordmasser, en radius på cirka 0,204 Jupiter-radier – omtrent 2,29 jordradier – og en omløbstid på 32,7 døgn. Den kredser i en afstand på 0,1614 astronomiske enheder fra sin stjerne. 2

Studiet angiver en mere præcis omløbstid på 32,7144 døgn og en radius på 2,29 jordradier, hvilket stemmer overens med NASA’s katalogværdier. 213 Planeten ligger dermed størrelsesmæssigt mellem Jorden og Neptun.

Radiusmålingen alene kan dog ikke afsløre, om TOI-1752 c har en klippeoverflade, en dyb brintrig atmosfære, højtrykslag af vand eller en anden indre struktur.

Nyhedsmedier har beskrevet planeten som udsat for omtrent samme bestråling som Jorden og med en beregnet ligevægtstemperatur på omkring 18–20 °C. Tallene bør forstås som rapporterede estimater – ikke som bevis på en tempereret, jordlignende overflade. 10

Hvorfor »beboelig zone« skal læses med forsigtighed

En planet placeres i en beboelig-zone-kategori, når afstanden til stjernen under passende atmosfæriske forhold kan gøre flydende vand på overfladen muligt. Klassifikationen fastslår ikke, at disse forhold faktisk er til stede.

For en sub-Neptun som TOI-1752 c er atmosfæren og planetens indre særligt vigtige. En tyk kappe af flygtige stoffer kan skabe tryk og temperaturer, der er meget forskellige fra forholdene på Jordens overflade, selv hvis planeten modtager omtrent samme mængde energi fra sin stjerne. Skyer, atmosfærens kemiske sammensætning, cirkulation og spørgsmålet om, hvorvidt der overhovedet findes en fast overflade, kan også ændre billedet markant.

Der er ikke påvist biosignaturer eller beviser for liv på TOI-1752 c i det tilgængelige forskningsmateriale. For at afgøre, om planeten har en atmosfære – og hvad den i så fald består af – kræves yderligere observationer, blandt andet transit-spektroskopi. Her forsøger astronomer at skille planetens svage atmosfæriske signal fra det langt kraftigere lys fra værtsstjernen.

Sammenligningen med K2-18 b

TOI-1752 c inviterer til en sammenligning med K2-18 b, fordi begge er transiterende sub-Neptuner, der kredser om røde dværgstjerner med omløbstider på omtrent 33 døgn. NASA’s exoplanetarkiv angiver for K2-18 b en omløbstid på 32,94 døgn og en radius på cirka 2,37 jordradier. 3

Sammenligningen er nyttig, men planeterne bør ikke opfattes som identiske. Ens omløbstider og størrelser garanterer ikke ens masser, atmosfærer, skyegenskaber eller indre sammensætninger. TOI-1752-systemets særlige værdi er, at den samme stjerne også har en indre planet med helt andre forhold.

Hvad systemet kan lære forskerne

De to planeter befinder sig i dramatisk forskellige baner: TOI-1752 b bruger mindre end et døgn på at kredse om sin stjerne, mens TOI-1752 c bruger næsten 33 døgn. Ved at studere dem sammen kan forskere undersøge, hvordan planeter dannes og flytter sig, hvordan intens stjernestråling fjerner eller ændrer atmosfærer, og hvordan en planets radius hænger sammen med dens indre sammensætning.

Arbejdet er offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1213 Opfølgende målinger af TOI-1752 c’s masse og atmosfære vil være særligt værdifulde. De kan hjælpe med at afgøre, om planeten er en gasrig sub-Neptun, en vandrig verden eller en anden type mellemstor planet – og samtidig vise, hvor lidt man egentlig kan konkludere ud fra en placering i den beboelige zone alene.