Forskare som arbetar med data från Kepler-uppdraget har upptäckt ytterligare 18 jordstorlekar. Teamet använde en nyare och strängare metod för att slå igenom uppgifterna för att hitta dessa planeter. Bland de 18 är den minsta exoplaneten som någonsin hittats.
Kepler-uppdraget var mycket framgångsrikt och vi känner nu till mer än 4 000 exoplaneter i avlägsna solsystem. Men det finns ett förstått samplingsfel i Kepler-uppgifterna: det var lättare för rymdskeppet att hitta stora planeter snarare än små. De flesta av Kepler-exoplaneterna är enorma världar, nära i storlek till gasjättarna Jupiter och Saturn.
Det är lätt att förstå varför det är så. Uppenbarligen är större objekt lättare att hitta än mindre objekt. Men ett team av forskare i Tyskland har utvecklat ett sätt att skura Keplers data och de har hittat 18 små planeter som är ungefär jordens storlek. Detta är betydelsefullt.
"Vår nya algoritm hjälper till att rita en mer realistisk bild av exoplanetpopulationen i rymden."
Michael Hippke, Sonneberg Observatory.
Om du inte känner till planetjakttekniker och Kepler-rymdskeppet specifikt, använde det det som kallas "transitmetoden" för att hitta planeter. Varje gång en planet passerar framför sin stjärna kallas det en transitering. Kepler var finjusterad för att upptäcka det tappade stjärnbelysningen som orsakats av en exoplanets transitering.
Nedgången i stjärnbelysning är liten och mycket svår att upptäcka. Men Kepler byggdes för ändamålet. Kepler-rymdskeppet, i kombination med uppföljningsobservationer med andra teleskop, kunde också bestämma planetens storlek och till och med få en indikation på planetens täthet och andra egenskaper.
Forskare misstänkte starkt att Kepler-uppgifterna inte var representativa för befolkningen på exoplaneter på grund av provtagningsförskjutningen. Det handlar om specifikationerna för hur Kepler använder transitmetoden för att hitta exoplaneter.
Eftersom Kepler undersökte över 200 000 stjärnor för att upptäcka dopp i stjärnljus orsakat av transiterande exoplaneter, måste mycket av analysen av Kepler-data göras av datorer. (Det finns inte tillräckligt med fattiga astronomstudenter i världen för att göra jobbet.) Så forskare förlitade sig på algoritmer för att kamma Kepler-data för transiter.
"Standard sökalgoritmer försöker identifiera plötsliga droppar i ljusstyrka," förklarar Dr. René Heller från MPS, första författare till aktuella publikationer. ”I verkligheten verkar dock en stjärnskiva något mörkare i kanten än i mitten. När en planet rör sig framför en stjärna blockerar den därför inledningsvis mindre stjärnbelysning än vid tidpunkten för transiteringen. Stjärnans maximala dimning sker i mitten av transiteringen strax innan stjärnan blir gradvis ljusare igen, förklarar han.
Här blir svårt att upptäcka exoplanet. En större planet orsakar inte bara en större minskning av ljusstyrkan än en mindre planet, utan en stjärns ljusstyrka fluktuerar naturligtvis också, vilket gör mindre planeter ännu svårare att upptäcka.
Tricket för Heller och teamet av astronomer var att utveckla en annan eller kanske "smartare" algoritm som tar hänsyn till ljuskurvan för en stjärna. För en observatör som Kepler är mitten av stjärnan den ljusaste, och stora planeter orsakar en mycket distinkt, snabb dimning av ljuset. Men hur är det på kanten, eller lemmen, på en stjärna. Var det möjligt att överföringar av mindre planeter blev oupptäckta i det ljusare ljuset?
Genom att förbättra känsligheten för sökalgoritmen kunde teamet besvara den frågan med ett övertygande "ja".
"I de flesta av de planetsystem som vi studerade är de nya planeterna de minsta."
Kai Rodenbeck, University of Gottingen, MPS.
"Vår nya algoritm hjälper till att rita en mer realistisk bild av exoplanetpopulationen i rymden," sammanfattar Michael Hippke från Sonneberg Observatory. "Denna metod utgör ett betydande steg framåt, särskilt i sökandet efter jordliknande planeter."
Resultatet? "I de flesta av de planetsystem som vi studerade är de nya planeterna de minsta," sade medförfattare Kai Rodenbeck vid University of Göttingen och Max Planck Institute for Solar System Research. Inte bara hittade de ytterligare 18 jordstorlekar, utan de hittade den minsta exoplaneten, bara 69% av jordens storlek. Och den största av de 18 är knappt dubbelt så stor som jorden. Detta står i skarp kontrast till de flesta exoplaneter som hittas av Kepler, som ligger i storleksområdet Jupiter och Saturnus.
Inte bara är dessa nya planeter små, utan de är närmare sina stjärnor än sina tidigare upptäckta syskon. Så inte bara är den nya algoritmen som ger oss en mer exakt bild av exoplaneterpopulationer efter storlek, utan ger oss också en tydligare bild av deras banor.
På grund av deras närhet till sina stjärnor är de flesta av dessa planeter brändare med yttemperaturer överstigande 100 Celsius, och några överstiger 1 000 Celsius. Men det finns ett undantag: en av dem kretsar runt en röd dvärgstjärna och verkar vara i den bebodda zonen, där flytande vatten kan kvarstå.
Det kan finnas fler mindre exoplaneter dolda i Kepler-data. Hittills har Heller och hans team bara använt sin nya teknik på några av de stjärnor som Kepler undersökt. De fokuserade på drygt 500 Kepler-stjärnor som redan var kända för att vara värd för exoplaneter. Vad hittar de om de undersöker de andra 200 000 stjärnorna?
Det är ett vetenskapligt faktum att varje metod för att mäta något har en inneboende provtagningsförskjutning. Det är en av begränsningarna i alla vetenskapliga studier. Teamet bakom denna nya exoplanet-algoritm erkänner fullständigt att deras metod också kan innehålla en samplingsbias.
Mindre planeter på mer avlägsna banor kan ha mycket långa omloppsperioder. I vårt solsystem tar Pluto 248 år att slutföra en bana runt solen. För att upptäcka en sådan planet kan det ta upp till 248 års observation innan vi upptäckte en transitering.
Trots det projicerar de att de kommer att hitta mer än 100 andra jordstorlekar exoplaneter i resten av Kepler-data. Det är en hel del, men kan vara en blygsam uppskattning med tanke på att Kepler-uppgifterna täcker över 200 000 stjärnor.
Styrkan hos den nya sökalgoritmen kommer att sträcka sig utöver Kepler-data. Enligt prof. Dr. Laurent Gizon, VD på MPS, kan framtida planjaktuppdrag också använda den för att förfina resultaten. "Den här nya metoden är också särskilt användbar för att förbereda det kommande PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) som ska lanseras 2026 av Europeiska rymdorganisationen", säger prof. Gizon.
Teamet publicerade sina resultat i tidskriften Astronomy and Astrophysics. Deras papper har titeln "Undersökning med minsta kvadraters transitering. II. Upptäckt och validering av 17 nya underjordiska planeter i flera planeter från K2. ”
