Under de senaste trettio åren har tusentals extra solplaneter upptäckts bortom vårt solsystem. För det mesta har de upptäckts av Kepler Rymdteleskop med hjälp av en teknik som heter Transit Photometry. För denna metod mäter astronomer periodiska dopp i en stjärns ljusstyrka - vilket är resultatet av planeter som passerar framför dem relativt en observatör - för att bekräfta förekomsten av planeter.
Tack vare en ny forskningsinsats som genomförts av ett team av professionella och amatörastronomer upptäcktes nyligen något mycket mindre än planeter som kretsade kring en avlägsen stjärna. Enligt en ny studie publicerad av forskargruppen observerades sex exocometer som kretsade kring KIC 3542116, en spektral stjärna av typen F2V som ligger 800 ljusår från jorden. Dessa kometer är de minsta föremål hittills som upptäcker metoden Transit Photometry.
Studien som beskriver deras resultat, med titeln "Likely Transiting Exocomets Detected by Kepler", dykte nyligen upp i Månadsmeddelanden om Royal Astronomical Samhälle. Under ledning av Saul Rappaport från MITs Kavli Institute for Astrophysics and Space Research bestod teamet också av amatörastronomer, medlemmar av Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), University of Texas, Northeastern University och NASA: s Ames Research Center.
Detta är första gången Transit Photometry används för att upptäcka objekt så små som kometer. Dessa kometer var bollar av is och damm - jämförbara i storlek med Halley's Comet - som visade sig resa med en hastighet av cirka 160 934 km / h (100 000 mph) innan de förångade. Forskarna kunde upptäcka dem genom att plocka ut svansen, moln av damm och gas som bildas när kometer närmar sig sin stjärna och börjar sublimera.
Detta var ingen enkel uppgift, eftersom svansarna lyckades dölja bara ungefär en tiondel av 1% av stjärnans ljus. Som Saul Rappaport, som också är professor emeritus för fysik vid Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, förklarade i ett pressmeddelande från MIT:
”Det är fantastiskt att något flera storleksordningar mindre än jorden kan upptäckas bara av att det avger mycket skräp. Det är ganska imponerande att kunna se något så litet, så långt borta. ”
Ersättning för den ursprungliga upptäckten går till Thomas Jacobs, en amatörastronom som bor i Bellevue, Washington, och är medlem i Planet Hunters. Detta medborgarevetenskapsprojekt grundades först av Yale University och består av amatörastronomer som ägnade sin tid åt att leta efter exoplaneter. Medlemmar ges tillgång till data från Kepler rymdteleskop i hopp om att de skulle märka saker som datoralgoritmer kan missa.
Redan i januari började Jacobs skanna fyra års data som erhölls under Kepler'S huvuduppdrag. Under denna fas, som varade från 2009 till 2013, Kepler skannade över 200 000 stjärnor och genomförde mätningar av sina ljuskurvor. Efter fem månaders siktning genom data (den 18 mars) märkte han flera nyfikna ljusmönster mitt i bakgrundsbrus från KIC 3542116. Som Jacobs sa:
”Att leta efter föremål som är intresserade av Kepler-data kräver tålamod, uthållighet och uthållighet. För mig är det en form av skattejakt, att veta att det finns en intressant händelse som väntar på att bli upptäckt. Det handlar om utforskning och att vara på jakt där få har rest innan. "
Specifikt sökte Jacobs efter tecken på enstaka transiter, som inte är som de som orsakas av planeter som kretsar runt en stjärna (dvs periodiska). När han tittade på KIC 3542116 märkte han tre enskilda transiter och varnade sedan Rappaport och Andrew Vanderburg, som astrofysiker vid University of Texas och medlem av CfA. Jacobs hade tidigare arbetat med båda män och ville ha sin åsikt om dessa resultat.
Som Rapport erinrade om var processen att tolka uppgifterna utmanande, men givande. Ursprungligen noterade de att ljuskurvorna inte liknade de som orsakats av planetövergångar, som kännetecknas av ett plötsligt och kraftigt ljusfall, följt av en kraftig stigning. Med tiden noterade Rapport asymmetrin i de tre ljuskurvorna liknade de i sönderdelade planeter, som de hade observerat tidigare.
"Vi satt på detta i en månad, för vi visste inte vad det var - planettransit ser inte så ut," sade Rappaport. ”Då hände det mig att 'Hej, dessa ser ut som något vi har sett tidigare' ... Vi trodde, den enda typen av kropp som kunde göra samma sak och inte upprepa är en som förmodligen förstörs i slutändan. Det enda som passar räkningen, och som har en tillräckligt liten massa för att bli förstörd, är en komet. ”
Baserat på deras beräkningar, som indikerade att varje komet blockerade ungefär en tiondel av 1% av stjärnljuset, drog forskargruppen slutsatsen att kometen troligen sönderdelades helt och skapade ett dammspår som var tillräckligt för att blockera ljus i flera månader innan det försvann. Efter att ha genomfört ytterligare observationer noterade de också ytterligare tre transiter under samma tidsperiod som liknade de som Jacobs märkte.
Det faktum att dessa sex exocometer verkar ha transiterat mycket nära sin stjärna under de senaste fyra åren väcker några intressanta frågor, och att besvara dem kan ha drastiska konsekvenser för forskning utanför solenergi. Det kan också främja vår förståelse för vårt eget solsystem. Som Vanderburg förklarade:
”Varför finns det så många kometer i de inre delarna av dessa solsystem? Är detta en extrem bombarderingstid i dessa system? Det var en väldigt viktig del av vår egen bildning av solsystemet och kan ha tagit vatten till jorden. Kanske att studera exocomets och räkna ut varför de finns runt den här typen av stjärna ... kan ge oss lite inblick i hur bombardemang sker i andra solsystem. "
Mellan 4,1 och 3,8 miljarder år sedan upplevde solsystemet också en period av intensiv kometaktivitet känd som Late Heavy Bombardment. Under denna tid tros asteroider och kometer regelbundet ha påverkat kroppar i det inre solsystemet. Intressant nog tros denna period av kraftigt bombardemang vara den som var ansvarig för distributionen av vatten till jorden och de andra markplaneterna.
Som noterats tillhör KIC 3542116 spektraltypen F2V, en gulvit stjärnsklass som vanligtvis är 1 till 1,4 gånger så massiv som vår sol och ganska ljus. Eftersom den är jämförbar i storlek och massa med vår sol, är det möjligt att bombardemangsperioden den upplever liknar det som solsystemet genomgick. Att se det utvecklas kan därför berätta mycket om hur liknande aktivitet påverkade utvecklingen av vårt solsystem för miljarder år sedan.
Förutom studiens betydelse för studien av astrofysik och astronomi, visar den också den viktiga roll som medborgare forskare spelar idag. Om det inte var för det outtröttliga arbete som utförts av Jacobs, som går igenom Kepler-data mellan att arbeta sitt dagjobb och på helgerna, skulle denna upptäckt inte ha varit möjlig.
"Jag kunde namnge tio typer av saker som dessa människor har hittat i Kepler-data som algoritmer inte kunde hitta på grund av mönsterigenkänningsförmågan i det mänskliga ögat," sade Rappaport. ”Du kan nu skriva en datoralgoritm för att hitta den här typen av kometform. Men de saknades i tidigare sökningar. De var tillräckligt djupa men hade inte rätt form som programmerades till algoritmer. Jag tror att det är rättvist att säga att det aldrig skulle ha hittats av någon algoritm. "
I framtiden förväntar forskarteamet att utplaceringen Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - som kommer att ledas av MIT - kommer att fortsätta bedriva den typ av forskning som utförs av Kepler.
