Hur många exoplaneter finns det? För inte så länge sedan visste vi inte om det fanns några. Sedan upptäckte vi några runt pulsars. Sedan sjösattes Kepler-rymdskeppet och det upptäckte ett par tusen till. Nu är NASAs TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) i drift, och en ny studie förutsäger sina resultat.
Kepler-slutsatserna gav oss en bättre uppfattning om typer och antal planeter i andra solsystem. Men Kepler hade sina begränsningar och sin egen provtagningsförskjutning på grund av sina mätmetoder. Kepler fokuserade också bara på ett litet område av himlen, som omfattade cirka 0,25% av himlen. Det är möjligt, men inte nödvändigtvis troligt, att den lilla delen av himlen som Kepler fokuserade på inte representerar ett större urval.
TESS är mycket annorlunda än Kepler, särskilt i det himmelområde det täcker. Den kommer att utföra en hel himmelundersökning, snarare än en undersökning fokuserad på en liten del av himlen. NASAs nya planetjägare kommer också att fokusera på de ljusaste stjärnorna. Det beror på att det främsta vetenskapliga målet är att hitta planeter större än Neptun som kretsar kring ljusa stjärnor. Stjärnorna måste vara ljusa så att uppföljning av spektroskopiska observationer kan bestämma planetmassor och atmosfäriska kompositioner.
Även om vi inte har enighet om hur vanliga exoplaneter är vad gäller deras storlek och omloppsperioder, visade Kepler oss att exoplaneter är vanliga. De flesta stjärnor har dem. Men många av exoplaneterna som Kepler fann är extremt avlägsna, från hundratals till tusentals parsecs bort. Så detaljerade uppföljningsobservationer är svåra till omöjliga. Eftersom Tess fokuserar på närmare, ljusare stjärnor närmare jorden och underlättar uppföljningsobservationer med andra 'omfattningar, bör resultaten bli mer representativa och mer exakta när det gäller att bestämma exoplanetpopulationer.
En ny studie från Thomas Barclay från NASA och University of Maryland, Joshua Pepper vid Lehigh University, och Elisa Quintana från NASA, har förutspått TESSs resultat. Deras artikel publicerades i The Astrophysical Journal. De tre forskarna använde vad vi vet om den stellarpopulationen och vad vi vet om exoplanetpopulationer, i kombination med TESSs observationslägen, för att komma med sina uppskattningar.
Det finns tre faktorer i deras simulering:
- En simulering av den stellarpopulationen som TESS kommer att observera.
- Ett representativt urval av planeter som kretsar kring stjärnorna.
- En förutsägelse av hur många av dessa planeter TESS kommer att upptäcka.
Deras uppskattningar kallas en "avkastningssimulering" och det är inte den första som astronomer har kommit med. Men innan vi kommer till siffrorna, en fråga: Varför måste vi veta i förväg vad TESS kommer att hitta?
Svaret på det är att få ett försprång på hur ett uppföljningsobservationsprogram kan se ut. Astronomer gillar att planera framåt, eftersom att observera resurser är så kära. De vill inte vänta tills alla resultat från TESS kommer in innan de tänker på nästa steg. Eller kanske är de bara glada som barn i en godishistoria. Lite av båda, förmodligen.
Barclay, Pepper och Quintana körde sin simulering 300 gånger för att komma med deras förutsagda avkastning. Det finns en hel del detaljer i deras resultat relaterade till den typ av stjärna som planeterna går i, den olika observationsläget som används för att upptäcka vilka planeter och hur det hela relaterar till uppföljningsobservationer. Men i en kortare form, här är vad de tre forskarna tror att TESS kommer att hitta under sitt planerade tvååriga uppdrag:
- 14 000 totala exoplaneter
- 2100 av dem kommer att vara mindre än 4 Earth radius (4R), 280 av de mindre än 2R
- 70 beboeliga planeter kretsar runt röda dvärgstjärnor, 9 av dem mindre än 2R
- 10 jordliknande världar mindre än 2R som kan ligga i en bebörlig zon för en stjärna som vår sol
Det är ett ganska spännande drag. 14 000 exoplaneter, varav 10 kan vara jordliknande världar i den bebodliga zonen för en stjärna som solen. Det betyder inte att det är vad TESS kommer att hitta, men det borde vara en bra tillnärmning och en spännande. Speciellt eftersom TESSs exoplaneter, till skillnad från Kepler, är främsta mål för ytterligare observation och karakterisering.
Detta är inte den första avkastningssimuleringen för TESS. Men den här görs med en reell snarare än simulerad stjärnpopulation, så den borde vara mer exakt. En annan avkastningssimulering från 2015 kan ses här och en från 2017 här.
Simuleringsutbytena visar att vi troligen hittar jordliknande planeter i bebodda zoner. De flesta av dem kommer att kretsa röda dvärgar, men ett litet antal bör vara runt solliknande stjärnor. Detta är vad alla vill veta.
Men kanske viktigare, dessa simuleringar visar oss att TESS kommer att uppfylla sitt uppdragsmål: att upptäcka ett överflöd av planeter mindre än Neptun som kan undersökas i uppföljningsstudier för att bestämma deras massor och atmosfäriska smink.
I båda fallen är TESS på rätt väg för att ge några solida resultat.
- Forskningsdokument: En reviderad exoplanetutbyte från den transiterande exoplanetundersökningssatelliten (TESS)
- Forskningsdokument: DEN ÖVERGÅNGANDE EXOPLANET-UNDERSÖKNINGEN SATELLITE: SIMULATIONER AV PLANETDETEKTIONER OCH ASTROFYSISKA FALSPOSITIVER
- Forskningsdokument: Planet Detection Simulations för flera möjliga TESS Utökade uppdrag
- NASA TESS Science Support Center
- NASA Kepler Mission Oversikt
- Wikipedia-post: TESS
