I de sidste tredive år er tusinder af ekstra-solplaneter blevet opdaget ud over vores solsystem. For det meste er de blevet opdaget af Kepler Rumteleskop ved hjælp af en teknik kaldet Transit Photometry. For denne metode måler astronomer periodiske dips i en stjerners lysstyrke - hvilket er resultatet af planeter, der passerer foran dem i forhold til en observatør - for at bekræfte tilstedeværelsen af planeter.
Takket være en ny forskningsindsats udført af et team af professionelle og amatørastronomer blev der for nylig fundet noget mindre end planeter, der kredsede om en fjern stjerne. Ifølge en ny undersøgelse offentliggjort af forskerteamet blev der observeret seks eksokometer i kredsløb omkring KIC 3542116, en F2V-stjerne af spektraltypen, der ligger 800 lysår fra Jorden. Disse kometer er de mindste objekter, der hidtil registrerer metoden Transit Photometry.
Undersøgelsen, der beskriver deres fund, med titlen "Likely Transiting Exocomets Detected by Kepler", dukkede for nylig op i Månedlige meddelelser om Royal Astronomical Samfund. Under ledelse af Saul Rappaport fra MITs Kavli Institute for Astrophysics and Space Research bestod teamet også af amatørastronomer, medlemmer af Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), University of Texas, Northeastern University og NASA's Ames Research Center.
Dette er første gang, at Transit Photometry bliver brugt til at registrere objekt så små som kometer. Disse kometer var kugler af is og støv - sammenlignelige i størrelse med Halley's Comet - som viste sig at rejse med en hastighed på ca. 160.934 km / t (100.000 km / h), før de fordampede. Forskerne var i stand til at registrere dem ved at plukke deres haler ud, skyerne af støv og gas, der dannes, når kometer kommer nærmere deres stjerne og begynder at sublimere.
Dette var ingen let opgave, da halerne kun formåede at skjule omkring en tiendedel af 1% af stjernens lys. Som Saul Rappaport, der også er professor emeritus for fysik ved Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, forklarede i en MIT-pressemeddelelse:
”Det er forbløffende, at der kan opdages noget flere størrelsesordener mindre end Jorden bare ved det faktum, at det udsender en masse affald. Det er temmelig imponerende at kunne se noget så lille, så langt væk. ”
Kredit for den oprindelige detektion går til Thomas Jacobs, en amatørastronom, der bor i Bellevue, Washington, og er medlem af Planet Hunters. Dette borgerforskerprojekt blev første gang oprettet af Yale University og består af amatørastronomer, der dedikerede deres tid til søgningen efter exoplaneter. Medlemmer får adgang til data fra Kepler rumteleskop i håb om, at de ville bemærke ting, som computeralgoritmer måske savner.
Tilbage i januar begyndte Jacobs at scanne fire års data indhentet i løbet af Kepler'S vigtigste mission. I denne fase, der varede fra 2009 til 2013, Kepler scannede over 200.000 stjerner og udførte målinger af deres lyskurver. Efter fem måneders sigtning gennem dataene (den 18. marts) bemærkede han adskillige nysgerrige lysmønstre midt baggrundsstøj fra KIC 3542116. Som Jacobs sagde:
”På udkig efter objekter af interesse i Kepler-dataene kræver tålmodighed, vedholdenhed og udholdenhed. For mig er det en form for skattejagt, vel vidende at der er en interessant begivenhed, der venter på at blive opdaget. Det handler om efterforskning og at være på jagt, hvor få har rejst før. ”
Specifikt søgte Jacobs efter tegn på enkelte transitter, som ikke er som dem, der er forårsaget af planeter, der kredser om en stjerne (dvs. periodisk). Mens han så på KIC 3542116, bemærkede han tre enkelt transitter og advarede derefter Rappaport og Andrew Vanderburg, som astrofysiker ved University of Texas og medlem af CfA. Jacobs havde arbejdet med begge mænd i fortiden og ville have deres mening om disse fund.
Som Rapport huskede, var processen med at fortolke dataene udfordrende, men givende. Oprindeligt bemærkede de, at lyskurverne ikke lignede dem, der var forårsaget af planetovergange, som er kendetegnet ved et pludseligt og skarpt lysfald efterfulgt af en kraftig stigning. Med tiden bemærkede Rapport, at asymmetrien i de tre lyskurver lignede dem fra opløste planeter, som de havde observeret før.
”Vi sad på dette i en måned, fordi vi ikke vidste, hvad det var - planetransitter ser ikke sådan ud,” sagde Rappaport. ”Så fandt det mig op, at 'Hej, disse ligner noget, vi har set før' ... Vi tænkte, den eneste slags krop, der kunne gøre det samme og ikke gentage, er en, der sandsynligvis bliver ødelagt til sidst. Det eneste, der passer til regningen og har en lille nok masse til at blive ødelagt, er en komet. ”
Baseret på deres beregninger, som tydede på, at hver komet blokerede for cirka en tiendedel af 1% af stjernens lys, konkluderede forskerteamet, at kometen sandsynligvis blev helt opløst og skabte en støvspor, der var tilstrækkelig til at blokere lys i flere måneder før det forsvandt. Efter at have foretaget yderligere observationer, bemærkede de også yderligere tre transitter i den samme tidsperiode, der svarede til dem, der blev bemærket af Jacobs.
Den kendsgerning, at disse seks eksokometer ser ud til at have transiteret meget tæt på deres stjerne i de sidste fire år rejser nogle interessante spørgsmål, og at besvare dem kunne have drastiske konsekvenser for forskning uden for solenergi. Det kan også fremme vores forståelse af vores eget solsystem. Som Vanderburg forklarede:
”Hvorfor er der så mange kometer i de indre dele af disse solsystemer? Er dette en ekstrem bombardementstid i disse systemer? Det var en virkelig vigtig del af vores egen dannelse af solsystemet og har muligvis bragt vand til Jorden. Måske at studere eksokometer og finde ud af, hvorfor de findes omkring denne type stjerne ... kunne give os en vis indsigt i, hvordan bombardement sker i andre solsystemer. ”
For mellem 4,1 og 3,8 milliarder år siden oplevede solsystemet også en periode med intens kometaktivitet kendt som Late Heavy Bombardment. I løbet af denne tid antages asteroider og kometer regelmæssigt at have påvirket kroppe i det indre solsystem. Interessant nok antages denne periode med kraftigt bombardement at være det, der var ansvarlig for distributionen af vand til Jorden og de andre jordiske planeter.
Som bemærket hører KIC 3542116 til den spektrale type F2V, en gul-hvid klasse af stjerne, der typisk er 1 til 1,4 gange så massiv som vores sol og ganske lys. Da det kan sammenlignes i størrelse og masse med vores sol, er det muligt, at bombardementperioden, den oplever, ligner det, som solsystemet gik igennem. At se det udfolde kunne derfor fortælle os meget om, hvordan lignende aktivitet påvirkede udviklingen af vores solsystem for milliarder af år siden.
Ud over undersøgelsens betydning for studiet af astrofysik og astronomi demonstrerer det også den vigtige rolle, som borgerne forskere spiller i dag. Hvis det ikke var for det utrættelige arbejde udført af Jacobs, der videregiver gennem Kepler-data mellem at arbejde sit dagjob og i weekenderne, ville denne opdagelse ikke have været mulig.
”Jeg kunne navngive 10 typer af ting, som disse mennesker har fundet i Kepler-dataene, som algoritmer ikke kunne finde på grund af mønstergenkendelsesevnen i det menneskelige øje,” sagde Rappaport. ”Du kunne nu skrive en computeralgoritme for at finde denne form for kometform. Men de blev savnet i tidligere søgninger. De var dybe nok, men havde ikke den rigtige form, der blev programmeret til algoritmer. Jeg synes, det er fair at sige, at dette aldrig ville have fundet nogen algoritme. ”
I fremtiden forventer forskerteamet, at implementeringen Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - som vil blive ledet af MIT - fortsat vil udføre den type forskning, der udføres af Kepler.
