Jak zostałem współodkrywcą planety pozasłonecznej KELT-23 b?

[LibMar]

Swoje działania w astronomii amatorskiej rozdzielam poprzez realizację różnych projektów. Jednym z nich była próba odkrycia nowej planety pozasłonecznej, co udało się dokonać w ubiegłym roku dla K2-232 b. Mniej więcej w tym samym momencie dostałem propozycję, aby dołączyć do międzynarodowego projektu KFUN, czyli KELT Follow-Up Network. Polega on na obserwacji kandydatek na nowe egzoplanety wykrywane przez obserwatoria KELT-N oraz KELT-S, umiejscowione kolejno w USA oraz RPA. Właśnie opublikowaliśmy pracę naukową (prowadzoną przez studenta Daniela Johnsa z pomocą prof. Philippa A. Redda), w której wspólnie odnaleźliśmy nową egzoplanetę KELT-23 b. Chciałbym więc opisać jak do tego doszło i jakie były okoliczności współodkrycia.

 

 

Poszukiwanie egzoplanet z KELT nie jest prostym zajęciem, a szczególnie, kiedy „teleskop” skanujący niebo ma zaledwie kilka centymetrów średnicy obiektywu. Nie jest to też sprzęt umieszczony na orbicie, więc sporo ograniczeń wprowadza atmosfera ziemska. W związku z tym, potencjalne cele będą zawsze ledwo zauważalne na krzywych jasności, które należy potwierdzać dodatkowymi obserwacjami. Do KFUN należy około 60 członków z całego świata, z czego zaledwie garstka to amatorzy. Wyniki takich obserwacji mogą być różne – albo nic nie zaobserwujemy, wykryjemy zadmieniowy układ binarny, albo... faktycznie nową egzoplanetę.

 

Poszukiwanie egzoplanet z KELT.

 

Przez ostatnie kilka lat, KELT przyczyniło się do odkrycia kilkunastu nowych planet pozasłonecznych, które należą do tzw. gorących Jowiszy. Nic dziwnego, skoro tak mały sprzęt jest w stanie rejestrować te „najłatwiejsze” tranzyty egzoplanet. Jednak to niewielki odsetek tego, co zostało na niebie. Okazuje się, że ponad 95% odnalezionych „spadków” przez KELT (o ile w rzeczywistości są) wcale nie są wywołane przez planety pozasłoneczne, więc efektywność jest relatywnie niska. W swoim dorobku mam około 10 takich obserwacji w KELT, z czego tylko jedna gwiazda okazała się być obiecująca. Dzisiaj jest znana jako KELT-23.

 

Przez ostatnie kilka lat, KELT-N monitorował obszar nieba należący m.in. do konstelacji Małej Niedźwiedzicy. Wykryto potencjalny periodyczny sygnał o okresie wynoszącym blisko 2.26 doby. Na podstawie spadku jasności (0.012 mag) i wielkości gwiazdy można było wywnioskować, że to coś może mied rozmiar planety. Cel był aktywny przez pierwszą połowę 2018 roku i przez ten czas pojawiło się jedenaście obserwacji. Każdy z nas uzyskał podobny rezultat. Swoją cegiełkę dołożyłem poprzez rejestrację kolejnego przewidywanego (pełnego!) tranzytu w nocy z 31 maja na 1 czerwca 2018 roku, poprzez wykonanie pierwszej obserwacji w filtrze V. Osiągnęliśmy pełen komplet obserwacji wszystkimi filtrami BVRI (Johnson) oraz g’r’i’z’ (SLOAN), które wykazały tę samą głębokośd (0.020 mag).

 

Różnica 0.012 a 0.020 mag to całkiem sporo! Przyczyną tego jest tak zwana kontaminacja sąsiednich gwiazd. Jeśli nasza gwiazda zlewa się z sąsiednią, to pomiary fotometryczne musimy już wykonywać sumarycznie dla dwóch obiektów. Co więcej, nie mówi to jeszcze która z gwiazd odpowiedzialna jest za wywołanie spadku blasku. KELT-N oraz KELT-S nie służą od wyznaczania parametrów (poza okresem), lecz od tego są wyniki uzyskane przez KFUN. Apertura fotometryczna KELT obejmuje nawet 1.5 minuty kątowej (!), przez co niekiedy trzeba sprawdzić nawet kilkadziesiąt gwiazd! Dzięki lepszej rozdzielczości i precyzji, jesteśmy w stanie określić który z obiektów zawiera tranzytujące (lub zadmieniowe) ciało niebieskie, a także jaka jest dokładna głębokośd i momenty wystąpienia zjawiska. Ten sam problem dotyczy także sondę TESS. Pomimo wspaniałej precyzji pomiarowej, skala obrazu uniemożliwia dokładną identyfikację źródła sygnału, a wiele tranzytów pojawia się z odchyłkiem nawet do kilkudziesięciu minut w stosunku do efemeryd.

 

Przygotowanie się do obserwacji kandydatki.

 

Plan na rejestrację pojawił się spontanicznie, dzień wcześniej przed tranzytem. Zbliżała się sesja i byłem w stanie obserwować tylko w weekendy. Trudno jest też wybierać odpowiednie cele w okresie późnowiosennym i wczesnoletnim, kiedy trwają białe noce. W efemerydach zauważyłem niemal idealnie czasowo ustawiony cel, tzn. moment minimum wypadał dokładnie w momencie dołowania Słońca. Byłbym w stanie zarejestrować cały „tranzyt” podczas 5-godzinnej nocy. Spośród dostępnych przeze mnie filtrów BVRI, zauważyłem brak udanych obserwacji m.in. w filtrze V, z którego uzyskuję najdokładniejsze pomiary. Jest jednak haczyk – wypadało to w nocy z czwartku na piątek, a kolejnego dnia miałem zajęcia akademickie. Kolejny problem taki, że wypada to za budynkami, po stronie północnej – nie zarejestruję tego z ogródka, a będę musiał rozstawić się trochę dalej. Postanowiłem wziąć się w garść i skorzystać z zapowiadanej bezchmurnej nocy. W czwartek po zajęciach, wsiadam w autobus i wracam z Białegostoku do Suwałk.

 

Wieczorem, rozstawiam swój sprzęt za ogrodem, tuż przy ścieżce obok wiecznie wyłączonej lampy (niestety, do lipca 2018). Ponieważ mam sporo do nauki, biorę ze sobą leżak i notatki na zbliżający się egzamin z farmakologii. Na początku obserwacji pojawia się ten sam problem, co zawsze – kolimacja obiektywu, czyli kopnięte gwiazdy w całym kadrze. Poznałem swój obiektyw na tyle dokładnie, że wiedziałem jak uniknąd tego problemu. Jednak, zawsze prowadziłem obserwacje po stronie wschodniej i południowej, a nie zachodniej. To właśnie wykonanie czegoś w stylu „meridian flip” (obrót o 180 stopni) naprawiło ten problem, najprawdopodobniej dzięki zmianieułożenia jednej z poluzowanych soczewek wewnątrz obiektywu. Nie spóźniłem się z rozpoczęciem sesji, zacząłem zbierać dane jeszcze godzinę przed tranzytem. Byłem świadomy, że cel ma duże szanse bycia gwiazdą z tranzytującą egzoplanetą, w związku z czym wykonałem parę pamiątkowych fotek. I tak przez całą noc siedziałem między blokami na leżaku z notatkami, wykonując parę fotek z fleszem po drugiej w nocy. Ludzie pewnie gapili się  z  okien  co  ja  wyprawiam Oczywiście niektórzy też przechodzili obok, pytając się mnie co tam obserwuję. Koło pierwszej przyszła także policja. Na szczęście nie do mnie, lecz do  jednego mieszkania kilkadziesiąt metrów stąd, w którym trwała huczna impreza. Oczywiście zamieniłem z nimi kilka zdań i nie robili żadnego problemu.

 

Obserwacja potrwała do momentu, kiedy zrobiło się już zbyt jasno – poziom histogramu tła wzrósł z 2% do 10%. To czas na klatki kalibracyjne. Po 3:30 spakowałem wszystko, ogarniam się i przed 5:00 wychodzę na dworzec autobusowy, aby zdążyć na zajęcia o 8:00 (na szczęście nic istotnego, na które musiałbym sporo się przygotowywać). Dwie godziny spania, dopiero po południu mogłem kontynuować. Ale sądziłem, że dla takiej obserwacji było warto.

 

Tego samego dnia, wieczorem, wrzucam dane do analizy. Miałem nadzieję, że uda się uzyskać w miarę wyraźny wykres. A najlepiej, aby coś w ogóle było widać. A wyszło... całkiem nieźle, jak na tylko trzy gwiazdy referencyjne! Pełny tranzyt z widocznym wejściem i wyjściem, w dodatku wykonany przez filtr fotometryczny przy w miarę dobrej precyzji. Przesłałem obserwację do koordynatora KFUN, aby niedługo potem uzyskać potwierdzenie przyjęcia do bazy. Co dalej mogę robić? Tylko czekać.

 

Po dwóch miesiącach sprawdzam kiedy mógłbym ewentualnie ponowić próbę obserwacji tego samego obiektu. Sprawdzam efemerydy i czytam dodatkową notkę „KELT-23 b: Confirmed”! Uradowany szukam więcej informacji na temat tego obiektu. Na tamtą chwilę nic nie było wiadomo, poza tym, że wstępna masa z obserwacji radialnych to 1 MJ. Wiedziałem, że trzeba będzie poczekać wiele tygodni. W końcu, pierwszego lutego 2019 roku dostaję wiadomość o tytule „KELT-23 b discovery paper”, abyśmy przejrzeli i ewentualnie znaleźli coś do korekty. I tak, znajduję tam swoją robotę!

 

Pierwsze, co rzuciło mi się w oczy, to dość wysoka pozycja wśród współautorów (w pierwszej połowie). Przy K2-232 b byłem chyba przy któryś od końca. Scrolluję do dołu i zauważam krzywe blasku. A wśród nich widzę swoje obserwatorium „SOTES”! Była to jedna z jedenastu krzywych, które wzięto pod uwagę przy wyliczaniu dalszych parametrów. W przypadku K2-232 b, sonda Kepler miała o wiele lepszą dokładnośd pomiarową, stąd moja obserwacja stanowiła tam praktycznie tylko potwierdzenie istnienia tranzytującego obiektu. Nie bez powodu uważam KELT-23 b za większy sukces, który będzie trudny do powtórzenia razem z TESS. No chyba, że będzie to jakaś egzoplaneta skalista. To dlatego, że TESS ma nieco pewniejsze kandydatki, a KELT to loteria. Cieszy mnie również, że uzyskana dokładność pomiarowa nie odstaje zbytnio od pozostałych. W końcu obserwację prowadziłem budżetowym sprzętem. Teleobiektyw o średnicy 10cm na montażu EQ5 oraz chłodzona kamera ASI178MM okazuje się byd zaledwie ułamkiem wartości tego, czym dosponowali inni obserwatorzy. Poza mną, najmniejsza średnica wykorzystanego teleskopu wynosi... 14 cali!

 

 

W tabelce przedstawiającej listę obserwatorów można zobaczyć kto i kiedy wykonał daną obserwację. Dumnie wisi na niej „Suwalki, Poland” pomiędzy krajami USA oraz Belgii. Krzywa jasności była wykorzystana także w poszukiwaniu potencjalnych ochyłek wystąpienia tranzytu. Żadnych większych przesunięć momentów minimum nie zauważono, jednak wciąż zachęcam do przeprowadzania obserwacji kolejnych tranzytów. Kiedyś na pewno pojawią się dodatkowe prace naukowe, dlatego skorzystam z każdej okazji, kiedy tylko mogę przeprowadzić rejestrację kolejnego spadku KELT-23.

 

 

Powiedz coś o tej egzoplanecie!

 

KELT-23 b krąży wokół gwiazdy bliźniaczo podobnej, co Słońce (G2V). Różni się od niego tym, że jest nieco starsza – wyliczenia wskazują na około 6-7 miliardów lat od powstania. Planeta ta ma masę prawie taką samą jak Jowisz (0.94 MJ), lecz jest nieco większa – 1.32 RJ. To typowy gorący jowisz, w atmosferze którego panuje piekielna temperatura 1250°C. Ważne jest też, gdzie leży egzoplaneta – w konstelacji Małej Niedźwiedzicy, zaledwie kilkanaście stopni kątowej od Polarnej. W związku z krótkim okresem orbitalnym (2.26 doby), w ciągu roku dostępnych jest nawet kilkadziesiąt tranzytów widocznych z terenu Polski! Dzięki dużemu spadku jasności (0.020 mag) oraz dużej jasności gwiazdy (10.5 mag), można pokusić się o bardzo dokładną fotometrię tranzytu. To nie K2-232 b, gdzie trzeba trochę wysilić się i mamy zaledwie kilka okazji na rok. KELT-23 b będzie obserwowana bardzo często, a szczególnie przez TESS oraz JWST. Bardzo często odpowiedzią na pytanie „Jaki tranzyt najłatwiej złapad dzisiaj w nocy” będzie właśnie „KELT-23 b”. Moim zdaniem to jest fascynujące – znaleźd nie coś trudnego, lecz oczywistego (pominiętego przez inne obserwatoria), będącego w zasięgu nawet początkujących amatorów.

 

Czym jest SOTES?

 

Razem z dołączeniem do KELT, pojawiła się także potrzeba nazwania swojego „obserwatorium” (taaa, w którym i tak wynoszę sprzęt z domu). Chciałem, aby było łatwe do wymówienia, więc wymyśliłem „SOTES” – Stacja Obserwacji Tranzytów Egzoplanet w Suwałkach. Tak naprawdę to nie tylko tranzyty są celem, ale także gwiazdy zmienne i niekiedy zjawiska przejściowe (np. zakrycie planetoidalne, opozycja Marsa). Początkowo grafika (którego autorem jest Kajetan Ciesielski) miała na celu przedstawianie symulacji do streamów z obserwacji, to logo z tranzytującą egzoplanetą wyszło w miarę ciekawie.

 

Podsumowanie

 

Współodkrycie KELT-23 b uważam za większy sukces niż w przypadku K2-232 b. Choć wiadomo, to nie pierwsza, lecz druga egzoplaneta. Za każdym kolejnym razem emocje są coraz mniejsze, chod w przypadku planet pozasłonecznych wydaje mi się nie tracić radości. Każdy kolejny zarejestrowany tranzyt (a jest już blisko czterdzieści) cieszy tak samo mocno, bowiem nigdy nie masz pewności, czy uporałeś się ze sprzętem. To dopiero analiza danych, trwająca nie krócej niż godzinę, przedstawi ostateczną ocenę czy w ogóle wyszło. Mogło być też tak, że straciłem całą noc, bo krzywa jest płaska albo dowiadujesz się, że kamera rozłączyła się w połowie sesji. Współodkrycie egzoplanety nie jest w pełni zależne od szczęścia. Miałem całą masę okazji, które były niwelowane przez zachmurzone niebo. Jednak to doświadczenie uzyskane metodą prób i błędów, na podstawie kilkudziesięciu nocy fotometrycznych umożliwiło mi poznanie sprzętu na tyle dobrze, aby pomiary były wystarczająco dokładne. A przy okazji może pojawić się nieznana wcześniej gwiazda zmienna!

 

 

Praca naukowa zostanie opublikowana w czasopiśmie naukowym The Astronomical Journal. Zanim tam się pojawi, PDF naszej pracy można pobrać ze strony arXiv: 

 

https://arxiv.org/abs/1903.00031

 

Chciałbym podziękowad Siegfriedowi Vanaverbeke, który zaprosił mnie do projektu KELT.

A także pogratulować mu, gdyż także jest współodkrywcą KELT-23 b (AstroLAB IRIS)!

Podziękowania także dla @wimmer za stworzenie grafiki poniżej

 

[Tomi]

Gratulacje Gabrielu! Choć można się było tego spodziewać 

 

Istnieje jeszcze możliwość dołączenia do KELT Follow-Up Network? Aktualnie prowadzę obserwacje w ramach TFOP

[Duser]

Wielkie gratulacje !!!!

Czy ja dobrze rozumiem, że tylko ty zbierałeś dane jako "prywatne obserwatorium" ?  Bo reszta badaczy to już chyba  gruba zwierzyna . Znalezienie się w tak doborowym towarzystwie daje pogląd na to, jaki to niesamowity sukces !! 

Pozdrawiam i życzę dalszych .

[bajastro]

Gratulacje Gabrielu!

Życzę Tobie dalszych sukcesów.

[LibMar]

Dziękuję

 

@Tomi, trudno powiedzieć. Projekt KELT zaraz zostanie zakończony (za kilka miesięcy), bo pałeczkę przejmie sonda TESS. Musiałbyś skontaktować się z Siegfriedem z pokazaniem dotychczasowego dorobku.

 

@Duser tak, przydomowy ogódek Choć powoli myślę nad rozstawianiem się w terenie, jeśli tylko finanse pozwolą na zakup reszty akcesoriów. Z guidingu tymczasowo rezygnuję (pomimo posiadanego OAGa), żeby tylko być gotowym na kolejny okres letni. Trochę to się przedłuża i chciałbym jak najszybciej ogarnąć zestaw, z którego da się korzystać. Teraz np. nie mam jak odpalić montażu, bo jestem bez pilota czy kabla

[gryf188]

Gratulacje , niesamowite jest to co potrafisz osiągnąć z tak małego zaplecza sprzętowego .

[bajastro]

Może Admini wypromują ten temat, żeby szybko nie zniknął.

[Gość RadekK]

Szczerze gratuluję osiągnięcia, ale również automotywacji i wyboru ścieżki, która prowadzi do czegoś więcej niż astrofotografia estetyczna! Zarażaj tym bakcylem innych i jak Adam Małysz porywaj umysły młodych ludzi. Wtedy wartość tej pracy będzie jeszcze większa!