TOI-1752:n kaksi maailmaa: laavakuuma supermaapallo ja mahdollisesti lauhkea mini-Neptunus

Kaksi planeettaa saman punaisen kääpiötähden ympärillä

TOI-1752 on nyt varmistettu kahden planeetan järjestelmäksi. Se sijaitsee noin 337 valovuoden päässä Maasta, ja planeetat kiertävät M1V-tyypin punaista kääpiötähteä. Sisempi TOI-1752 b on pieni, erittäin lyhyen kiertoajan planeetta, jota voidaan kuvailla laavamaailman ehdokkaaksi. Ulompi TOI-1752 c on suurempi mini-Neptunus, jonka kiertoaika on 32,7 vuorokautta ja jonka rata sijoittuu optimistisen elinkelpoisuusvyöhykkeen alueelle. 9111213

Elinkelpoisuusvyöhyke on kuitenkin ennen kaikkea laskennallinen luokittelu. Se kertoo, että tähdestä tuleva säteily voisi tietynlaisissa ilmakehäoloissa mahdollistaa nestemäisen veden planeetan pinnalla. Se ei todista nestemäisen veden, sopivan pinnan tai elämän olemassaoloa.

Miten planeetat varmistettiin?

NASAn Transiting Exoplanet Survey Satellite eli TESS etsii eksoplaneettoja havaitsemalla tähden kirkkaudessa toistuvia pieniä laskuja. Näin käy, kun planeetta kulkee eli tekee ylikulun tähtensä näkyvän kiekon editse. Menetelmä löytää planeettaehdokkaita, mutta yksittäinen signaali voi johtua myös esimerkiksi pimennysmuuttujasta.

Siksi havaintoja täydennetään Maasta käsin. Moniväri fotometria auttaa tarkistamaan, käyttäytyykö signaali samalla tavalla eri aallonpituuksilla kuin planeetan ylikulun pitäisi. 1 IAA-CSIC:n johtamassa tutkimuksessa yhdistettiin TESSin avaruudesta keräämää aineistoa maanpäällisiin havaintoihin. Kanariansaarten Teiden observatoriossa käytetty MuSCAT2 oli mukana seurantahavaintojen kokonaisuudessa. 1112

Näiden havaintojen perusteella molemmat kohteet varmistettiin planeetoiksi. Tutkimuksessa raportoidaan TOI-1752 b:n ja TOI-1752 c:n mitatut säteet ja kiertoajat. 13

TOI-1752 b: alle vuorokaudessa tähtensä ympäri

TOI-1752 b:n säde on noin 1,69 kertaa Maan säde, ja se kiertää tähtensä noin 0,94 vuorokaudessa. NASA:n eksoplaneetta-arkistossa se on merkitty varmistetuksi ylikulkevaksi planeetaksi. 5

Planeetta on siis hyvin lähellä punaista kääpiötähteään. Tästä seuraava voimakas tähtisäteily on syy siihen, että sitä kutsutaan laavamaailmaksi. Nimitys kuvaa poikkeuksellisen kuumaa, mallien perusteella pääteltyä ympäristöä – ei suoraa havaintoa sulasta kivestä planeetan pinnalla. 513

Kokonsa perusteella TOI-1752 b kuuluu supermaapalloihin. Termi kertoo tässä yhteydessä ennen kaikkea siitä, että planeetta on suurempi kuin Maa mutta selvästi Neptunuksen kaltaisia maailmoja pienempi. Se ei tarkoita, että sen pintaolosuhteet muistuttaisivat Maata.

TOI-1752 c: Maan ja Neptunuksen väliin sijoittuva maailma

TOI-1752 c on järjestelmän ulompi planeetta. NASA luokittelee sen Neptunuksen kaltaiseksi eksoplaneetaksi. Sen massa on 5,86 Maan massaa, säde noin 0,204 Jupiterin sädettä eli suunnilleen 2,29 Maan sädettä. Planeetta kiertää tähtensä 32,7 vuorokaudessa, noin 0,1614 astronomisen yksikön etäisyydellä. 2

Tutkimuksessa kiertoajaksi ilmoitetaan tarkemmin 32,7144 vuorokautta ja säteeksi 2,29 Maan sädettä. 213 Koko sijoittaa planeetan Maan ja Neptunuksen väliin, mutta pelkkä säde ei kerro, millainen sen sisäinen rakenne on. Planeetalla voi olla kivinen ydin, paksu vetyä sisältävä kaasukehä, korkeapaineisia vesikerroksia tai jokin muu rakenne.

Uutisraporteissa TOI-1752 c:n on kerrottu saavan suunnilleen Maan kaltaista säteilymäärää ja sen tasapainolämpötilaksi on arvioitu noin 18–20 °C. Nämä ovat raportoituja arvioita, eivät todiste siitä, että planeetan pinta olisi lauhkea tai Maan kaltainen. 10

Miksi elinkelpoisuusvyöhykkeestä pitää puhua varoen?

Elinkelpoisuusvyöhykkeellä tarkoitetaan tähden ympärillä olevaa etäisyysaluetta, jolla planeetan pinnalla voisi oikeanlaisen ilmakehän vallitessa olla nestemäistä vettä. Luokitus ei kerro, onko kyseinen ilmakehä todella olemassa.

Mini-Neptunuksen kohdalla ilmakehä ja sisäinen rakenne ovat erityisen tärkeitä. Paksu kaasukehä voisi synnyttää paineita ja lämpötiloja, jotka poikkeavat jyrkästi Maan pinnan oloista, vaikka planeetta vastaanottaisi tähdeltään saman verran energiaa. Myös pilvet, ilmakehän koostumus, lämmön kierto ja kiinteän pinnan olemassaolo vaikuttavat siihen, mitä elinkelpoisuudella käytännössä tarkoitetaan.

TOI-1752 c:stä ei ole tämän aineiston perusteella löydetty elämän merkkejä tai biosignatuureja. Seuraava tärkeä askel olisi selvittää, onko planeetalla ilmakehää ja mitä kaasuja se sisältää. Tähän tarvitaan lisähavaintoja, kuten ylikulkuspektroskopiaa, jossa planeetan ilmakehän vaikutusta yritetään erottaa tähden paljon kirkkaammasta valosta.

Vertailukohtana K2-18 b

TOI-1752 c:tä on luontevaa verrata K2-18 b:hen. Molemmat ovat punaisia kääpiötähtiä kiertäviä ylikulkevia mini-Neptunuksia, joiden kiertoajat ovat noin 33 vuorokautta. NASA:n eksoplaneetta-arkiston mukaan K2-18 b:n kiertoaika on 32,94 vuorokautta ja säde noin 2,37 Maan sädettä. 3

Yhtäläisyys on kiinnostava, mutta planeettoja ei pidä olettaa samanlaisiksi. Samankaltainen koko ja kiertoaika eivät takaa samanlaista massaa, ilmakehää, pilvisyyttä tai sisäistä koostumusta. TOI-1752-järjestelmän erityinen arvo on siinä, että samasta tähdestä voidaan tutkia kahta hyvin erilaista planeettaympäristöä.

Mitä järjestelmä voi opettaa?

Planeettojen kiertoradat eroavat dramaattisesti: TOI-1752 b kiertää tähtensä alle vuorokaudessa, kun taas TOI-1752 c tarvitsee kierrokseen lähes 33 vuorokautta. Niiden tutkiminen yhdessä voi auttaa selvittämään, miten planeetat syntyvät ja siirtyvät nykyisille radoilleen, miten voimakas säteily muuttaa tai kuluttaa ilmakehiä ja miten planeetan säde liittyy sen sisäiseen rakenteeseen.

Tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä. 1213 Erityisen arvokkaita olisivat tulevat TOI-1752 c:n massaa ja ilmakehää koskevat mittaukset. Niiden avulla voitaisiin arvioida, onko planeetta kaasurikas mini-Neptunus, vesipitoinen maailma vai jokin muu välikokoinen planeettatyyppi – ja kuinka paljon elinkelpoisuusvyöhykkeellä sijaitsevasta kiertoradasta todella voidaan päätellä.