Ilmuwan warga menemukan planet raksasa mirip Jupiter dalam data NASA TESS

Tom Jacobs dari Bellevue, Washington, suka berburu harta karun. Sejak 2010, mantan perwira Angkatan Laut AS telah berpartisipasi dalam proyek sukarelawan online yang memungkinkan siapa pun yang tertarik – “ilmuwan warga” – untuk melihat NASA Data teleskop untuk tanda-tanda exoplanet dan planet di luar tata surya kita.

Sekarang, Jacobs telah membantu menemukan planet gas raksasa sekitar 379 tahun cahaya dari Bumi, yang mengorbit bintang dengan massa yang sama dengan Matahari. itu JupiterPlanet seukuran itu istimewa bagi para astronom karena lamanya 261 hari dibandingkan dengan banyak raksasa gas yang dikenal di luar tata surya kita. Hasilnya juga menunjukkan bahwa planet ini sedikit lebih jauh dari bintangnya Venus dari matahari. Hasilnya telah dipublikasikan di Jurnal Astronomi Itu dipresentasikan pada acara pers virtual American Astronomical Society pada 13 Januari.

Deteksi dan penentuan ukuran dan massa planet ini membutuhkan kolaborasi yang signifikan antara astronom profesional dan ilmuwan warga seperti Jacobs. kata Paul Dalba, astronom di University of California, Riverside, dan penulis utama sebuah buku studi.

“Penemuan dan publikasi TOI-2180 b merupakan upaya tim yang hebat untuk menunjukkan bahwa astronom profesional dan ilmuwan berpengalaman dapat bekerja sama dengan sukses,” kata Jacobs. “Ini sinergi yang terbaik.”

Bagaimana penemuan itu terjadi?

Tanda tangan dari planet yang baru ditemukan itu tersembunyi dalam data dari Transiting Exoplanet Survey Satellite milik NASA, atau kambing jantan. Menggunakan data TESS, para ilmuwan mencari perubahan kecerahan bintang terdekat, yang dapat menunjukkan keberadaan planet yang mengorbit.

Jacobs adalah bagian dari sekelompok ilmuwan warga yang melihat potongan data TESS, menunjukkan perubahan kecerahan bintang dari waktu ke waktu, untuk mencari planet baru. Sementara astronom profesional menggunakan algoritme untuk secara otomatis memindai puluhan ribu titik data dari bintang, ilmuwan warga ini menggunakan program yang disebut LcTools, yang dibuat oleh Alan R. Schmitt untuk memeriksa data teleskop dengan mata. Inilah sebabnya mengapa Grup Jacobs, yang mencakup beberapa ilmuwan warga dan dua astronom veteran, menyebut diri mereka Grup Survei Optik. Banyak dari mereka bertemu saat bekerja di Planet Hunters, sebuah proyek sains warga yang didanai oleh NASA melalui Zooniverse yang berfokus pada data dari pesawat ruang angkasa Kepler NASA.

Pada 1 Februari 2020, Jacobs mengamati grafik yang menunjukkan cahaya bintang dari TOI-2180 redup kurang dari setengah persen dan kemudian kembali ke tingkat kecerahan sebelumnya selama periode 24 jam, yang dapat dijelaskan oleh planet yang mengorbitnya. Dikatakan “menyeberang” karena lewat di depan bintang dari sudut pandang kita. Dengan mengukur jumlah cahaya yang redup saat planet melewatinya, para ilmuwan dapat memperkirakan ukuran planet dan, selain pengukuran lain, kerapatannya. Tetapi transit hanya dapat dilihat jika sebuah bintang dan planetnya sejajar dengan teleskop yang Anda lihat.

Tom Jacobs, seorang ilmuwan warga yang bekerja sama dengan ilmuwan spesialis untuk mencari planet ekstrasurya, di lokasi Observatorium Haleakala Tinggi di Hawaii. Kredit: Tom Jacobs

Grafik yang menunjukkan cahaya bintang dari waktu ke waktu disebut ‘kurva cahaya’. Kelompok pemindaian visual memperingatkan dua ilmuwan profesional yang berkolaborasi – Paul Dalpa di University of California, Riverside, dan Diana Dragomir, profesor di University of New Mexico – bahwa kurva cahaya ini bisa menarik.

“Dengan penemuan baru ini, kami juga mendorong batas jenis planet yang dapat kami ekstrak dari pengamatan TESS,” kata Dragomir. “TESS belum secara khusus dirancang untuk menemukan planet ekstrasurya yang mengorbit lama, tetapi tim kami, dengan bantuan ilmuwan warga, tetap menambang permata langka ini.”

Algoritma komputer yang digunakan oleh astronom profesional untuk mencari planet dirancang dengan mengidentifikasi beberapa peristiwa transit dari satu bintang. Itu sebabnya inspeksi visual ilmuwan warga sangat berguna ketika hanya ada satu transit yang tersedia. Karena ini adalah satu-satunya saat bintang TOI-2180 b meredup dalam kumpulan data ini, ini disebut “peristiwa transisi tunggal”.

“Upaya manual yang mereka lakukan sangat penting dan sangat mengesankan, karena sangat sulit untuk menulis kode yang dapat melewati jutaan kurva cahaya dan dengan andal mengidentifikasi peristiwa transmisi tunggal,” kata Dalba. “Ini adalah salah satu area di mana manusia masih mengatasi kode.”

Tapi bagaimana tim bisa mengesampingkan penjelasan lain untuk penurunan pendek cahaya bintang? Bisakah mereka yakin mereka menemukan sebuah planet? Mereka akan membutuhkan catatan tindak lanjut.

Untungnya, Dalba dapat menggunakan Teleskop Pencari Planet Otomatis di Observatorium Danau di California. “Saya menggunakan teleskop ini untuk mengukur goyangan bintang untuk menentukan seberapa masif planet ini, apakah itu sebuah planet,” katanya. Tim peneliti juga menggunakan teleskop Keck I di WM Keck Observatory di Hawaii untuk melakukan beberapa pengukuran ini ketika Observatorium Lick terancam oleh kebakaran hutan.

Dengan 27 jam pengamatan yang mencakup lebih dari 500 hari, Dalpa dan rekan-rekannya mengamati gaya gravitasi planet pada bintang, memungkinkan mereka untuk menghitung massa planet dan memperkirakan berbagai kemungkinan untuk orbitnya. Namun, mereka ingin mengamati transit planet ketika kembali untuk mengkonfirmasi orbit. Sayangnya, menemukan peristiwa transit kedua sulit karena ada banyak ketidakpastian tentang kapan planet ini akan melintasi wajah bintangnya lagi.

Dalba melobi, dan mengorganisir kampanye observasi yang melibatkan astronom profesional dan ilmuwan warga menggunakan teleskop di 14 lokasi di tiga benua pada Agustus 2020. Untuk mendukung kampanye tersebut, Dalba mendirikan kamp lima malam di Taman Nasional Joshua Tree California dan menelusuri transit dengan dua teleskop Portable amatir. Upaya kolaboratif menghasilkan 55 set data selama 11 hari.

Pada akhirnya, tidak satu pun dari teleskop ini yang mendeteksi planet ini dengan yakin. Namun, kurangnya deteksi yang jelas dalam periode waktu ini mengakhiri berapa lama orbit bisa, menunjukkan periode sekitar 261 hari. Dengan menggunakan perkiraan ini, mereka memperkirakan bahwa TESS akan melihat planet transit bintangnya lagi pada Februari 2022.

tentang planet

TOI-2180 b tiga kali lebih besar dari Jupiter tetapi memiliki diameter yang sama, yang berarti lebih padat dari Jupiter. Ini membuat para ilmuwan bertanya-tanya apakah itu terbentuk dengan cara yang berbeda dari Jupiter.

Petunjuk lain tentang komposisi planet bisa jadi adalah apa yang ada di dalamnya. Melalui model komputer, mereka menentukan bahwa planet baru dapat berisi hingga 105 massa elemen yang lebih berat daripada hidrogen dan helium. “Itu banyak,” kata Delba. “Itu lebih dari yang kita duga ada di dalam Jupiter.”

Para astronom masih harus banyak belajar tentang kelompok planet di luar sana. Sekitar 4.800 exoplanet telah dikonfirmasi, tetapi diyakini ada miliaran planet di galaksi kita. Penemuan baru menunjukkan bahwa di antara planet-planet raksasa, beberapa mengandung unsur-unsur yang lebih berat daripada yang lain.

Di tata surya kita, planet raksasa Jupiter berputar mengelilingi matahari setiap 12 tahun; ke Saturnus, “tahun” adalah 29 tahun. Kami tidak memiliki planet raksasa seperti TOI-2180 b antara Bumi dan Matahari. Tetapi di luar tata surya, para astronom telah menemukan lusinan exoplanet yang lebih besar dari Yupiter, dan mengorbit bintangnya lebih dekat daripada Merkurius.

Dengan suhu rata-rata sekitar 170 derajat F, TOI-2180 b lebih hangat dari suhu kamar di Bumi, dan lebih hangat dari planet luar tata surya kita termasuk Yupiter dan Saturnus. Tetapi dibandingkan dengan kelompok exoplanet raksasa yang sedang transit yang ditemukan oleh para astronom yang mengorbit bintang lain, TOI-2180 b sangat keren.

“Ini adalah titik awal yang bagus antara sebagian besar eksoplanet raksasa yang kami temukan, dan kemudian Jupiter dan Saturnus yang sangat keren,” kata Dalba.

Lalu bagaimana

Ketika TESS melihat bintang itu pada bulan Februari, Dalba dan ilmuwan warga bersemangat untuk mendapatkan data dan kembali lagi. Jika mereka menemukan tanda tangan planet, yang menegaskan periode 261 hari, itu akan memberi lebih banyak makna pada data dari dunia global mereka. kampanye untuk menemukannya pada tahun 2020.

Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA, yang diluncurkan pada 25 Desember, kemungkinan akan mengamati planet dan atmosfernya. Tapi ada alasan lain Dalba senang dengan kemampuan Webb. Mengingat Jupiter memiliki cincin dan bulan di tata surya kita, Webb dapat digunakan untuk mencari keberadaan objek kecil yang mengorbit TOI-2180 b.

Sejauh ini, tidak ada cincin atau bulan yang ditemukan di luar tata surya kita dengan pasti, tetapi salah satu alasannya mungkin karena banyak eksoplanet terletak di dekat bintangnya, yang gravitasinya dapat melucuti objek-objek tersebut. TOI-2180 b, yang terletak lebih jauh dari bintang induknya, dapat menghadirkan peluang menarik untuk penelitian semacam itu. “Saya pikir ini adalah sistem yang menarik untuk itu nanti di masa depan,” kata Delba.

Ketika dia tidak sedang berburu planet, Jacobs, seorang ilmuwan warga, bekerja dengan organisasi nirlaba yang membantu penyandang disabilitas menemukan pekerjaan di komunitas mereka.

Jacobs mengatakan bahwa anggota Visual Inquiry Group “mendedikasikan berjam-jam setiap hari untuk memindai data dari kegembiraan murni dan minat dalam memajukan ilmu pengetahuan.” Secara kolektif, tim telah ikut menulis lebih dari 68 makalah ilmiah peer-review, termasuk penemuan transit “exocomets,” atau komet di luar tata surya yang melintasi wajah bintang.

“Kami senang berkontribusi pada sains,” kata Jacobs. “Dan saya menyukai survei semacam ini, mengetahui bahwa survei tersebut berada di area baru yang belum ditemukan yang belum pernah dilihat manusia.”

Referensi: “Survei TESS-Keck. VIII. Konfirmasi Planet Raksasa Transien Selama 261 Hari Eksentrik Menggunakan Teleskop Pencari Planet Robotik” oleh Paul A. Dalpa, Stephen R. Kean, Diana Dragomir, Stephen Villanueva Jr., Karen A. Collins, dan Thomas Lee Jacobs, dan Daryl M. LaCourse, Robert Gagliano, Marti H. Christiansen, Mark Omohondro, Hans M. Schwingler, Evan A. Terentif, Andrew Vanderberg, Benjamin Fulton, Howard Isaacson, Judah van Zandt, Andrew W. Howard, Daniel B. Thorngren, Steve B. , Natalie M. Batalha, Ashley Chontos, Ian JM Crossfield, Courtney de Dressing, Daniel Hopper, Eric A. Pettijora, Paul Robertson, Arpita Roy, Lauren M. Weiss, Ida Behmar, Corey Bird, Casey L. Brinkman, Stephen Giacaloni Hale , Jack Lubin , Andrew W. Mayo, Theo Moknik, Joseph M. Akana Murphy, Alex S. Polanski, Malina Rice, Lee J. Rosenthal, Ryan A. Robbinsal, Nicholas Scarsdale, Emma Fei Turtlebaum, Dakota Tyler, Paul Penny, Pat Boyce, Thomas M. Esposito, E. Girardin, Didier Lalum, Pablo Lewin, Christopher R. Mann, Fran ck Marchis, Richard P. Schwarz, Gregor Srdoc, Jana Steuer, Thirupathi Sivarani, Athira Unni, Nora L. Eisner, Tara Fetherolf , Zhexing Li, Xinyu Yao, Joshua Pepper, George R. Ricker, Roland Vanderspek, David WS Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Christopher J. Burke, Jason D. Eastman, Michael B. Lund, David R. Rodriguez, Pamela Rowden, dan Eric B. Jurnal Astronomi.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / ac415b

Lebih lanjut tentang ilmu warga

NASA memiliki berbagai kolaborasi ilmu warga di berbagai topik mulai dari ilmu Bumi hingga Matahari hingga alam semesta yang lebih luas. Siapa pun di dunia dapat berpartisipasi. Lihat peluang terbaru di science.nasa.gov/citizenscience.

Tentang Tess

TESS adalah misi astrofisika NASA yang dipimpin dan dioperasikan oleh dengan di Cambridge, Massachusetts, dan dioperasikan oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA. Mitra tambahan termasuk Gereja Northrop Grumman dari Falls, Virginia; Pusat Penelitian Ames NASA di Lembah Silikon California; Pusat Astrofisika | Harvard dan Smithsonian di Cambridge, Massachusetts; Laboratorium Lincoln di Institut Teknologi Massachusetts. dan Institut Sains Teleskop Luar Angkasa di Baltimore. Lebih dari selusin universitas, lembaga penelitian dan observatorium dari seluruh dunia berpartisipasi dalam misi tersebut.

Program Beasiswa Postdoctoral National Science Foundation untuk Astronomi dan Astrofisika berkontribusi pada penelitian ini.