Forskere, der arbejder med data fra Kepler-missionen, har opdaget yderligere 18 jordstørrede verdener. Holdet brugte en nyere, strengere metode til at kæmpe gennem dataene for at finde disse planeter. Blandt de 18 er den mindste eksoplanet nogensinde fundet.
Kepler-missionen var meget vellykket, og vi kender nu mere end 4.000 exoplaneter i fjerne solsystemer. Men der er en forstået prøveudtagningsfejl i Kepler-dataene: det var lettere for rumfartøjet at finde store planeter snarere end små. De fleste af Kepler-exoplaneterne er enorme verdener, tæt på størrelse med gasgiganterne Jupiter og Saturn.
Det er let at forstå, hvorfor det er sådan. Naturligvis er større objekter lettere at finde end mindre objekter. Men et team af videnskabsfolk i Tyskland har udviklet en måde at skure Keplers data på, og de har fundet 18 små planeter, der er omkring Jordens størrelse. Dette er vigtigt.
”Vores nye algoritme hjælper med at tegne et mere realistisk billede af eksoplanetpopulationen i rummet.”
Michael Hippke, Sonneberg Observatorium.
I tilfælde af at du ikke er bekendt med planetjagtteknikker og Kepler-rumfartøjet specifikt, brugte det det, der kaldes "transitmetoden" til at finde planeter. Hver gang en planet passerer foran sin stjerne, kaldes det en transit. Kepler var finindstillet til at registrere faldet i stjernelys forårsaget af en eksoplanets transit.
Faldet i stjernelys er lille, og meget svært at opdage. Men Kepler blev bygget til formålet. Kepler-rumfartøjet i kombination med opfølgningsobservationer med andre teleskoper kunne også bestemme størrelsen på planeten og endda få en indikation af planetens densitet og andre egenskaber.
Videnskabsmænd har kraftigt mistanke om, at Kepler-dataene ikke var repræsentative for befolkningen i exoplaneter på grund af prøveudtagningen. Det hele kommer ned på detaljerne om, hvordan Kepler bruger transitmetoden til at finde exoplaneter.
Da Kepler undersøgte over 200.000 stjerner for at opdage dips i stjernelys forårsaget af transiterende exoplaneter, måtte meget af analysen af Kepler-dataene udføres af computere. (Der er ikke nok fattige astronomistudenter i verden til at gøre arbejdet.) Så videnskabsmænd var afhængige af algoritmer for at kæmpe Kepler-data for transitter.
”Standard søgealgoritmer forsøger at identificere pludselige dråber i lysstyrke,” forklarer Dr. René Heller fra MPS, første forfatter af de aktuelle publikationer. ”I virkeligheden ser en stjerneskive dog lidt mørkere ud end i midten. Når en planet bevæger sig foran en stjerne, blokerer den derfor oprindeligt mindre stjernelys end midt i transittiden. Den maksimale dæmpning af stjernen sker i midten af transit, lige før stjernen gradvis bliver lysere igen, ”forklarer han.
Her bliver eksoplanet-detektion vanskelig. En større planet forårsager ikke kun et større fald i lysstyrke end en mindre planet, men en stjernes lysstyrke svinger naturligvis også, hvilket gør mindre planeter endnu sværere at opdage.
Tricket for Heller og teamet af astronomer var at udvikle en anden eller måske "smartere" algoritme, der tager højde for en stjerne's lyskurve. For en observatør som Kepler er midten af stjernen den lyseste, og store planeter forårsager en meget markant, hurtig dæmpning af lyset. Men hvad med på en stjernes kant eller lem. Var det muligt, at transitter af mindre planeter ikke blev opdaget i det svagere lys?
Ved at forbedre følsomheden af søgealgoritmen kunne teamet besvare det spørgsmål med et overbevisende ”ja”.
”I de fleste af de planetariske systemer, som vi studerede, er de nye planeter de mindste.”
Kai Rodenbeck, Universitetet i Gottingen, MPS.
”Vores nye algoritme hjælper med at tegne et mere realistisk billede af eksoplanetpopulationen i rummet,” opsummerer Michael Hippke fra Sonneberg Observatory. ”Denne metode udgør et betydeligt skridt fremad, især i søgningen efter jordlignende planeter.”
Resultatet? ”I de fleste af de planetariske systemer, som vi studerede, er de nye planeter de mindste,” sagde medforfatter Kai Rodenbeck fra University of Göttingen og Max Planck Institute for Solar System Research. Ikke kun fandt de yderligere 18 jordstørrede planeter, men de fandt den mindste exoplanet endnu, kun 69% af jordens størrelse. Og den største af de 18 er knap dobbelt så stor som Jorden. Dette er i skarp kontrast til de fleste af de exoplaneter, der findes af Kepler, som ligger i størrelsesområdet Jupiter og Saturn.
Disse nye planeter er ikke kun små, men de er tættere på deres stjerner end deres tidligere opdagede søskende. Så ikke kun giver den nye algoritme os et mere nøjagtigt billede af eksoplaneterpopulationer efter størrelse, det giver os også et klarere billede af deres kredsløb.
På grund af deres nærhed til deres stjerner er de fleste af disse planeter brændere med overfladetemperaturer på over 100 Celsius, og nogle overstiger 1.000 Celsius. Men der er en undtagelse: en af dem kredser om en rød dværgstjerne og ser ud til at være i den beboelige zone, hvor flydende vand kan fortsætte.
Der er muligvis flere mindre exoplaneter skjult i Kepler-dataene. Indtil videre har Heller og hans team kun brugt deres nye teknik på nogle af de stjerner, der er undersøgt af Kepler. De fokuserede på lidt over 500 Kepler-stjerner, som allerede var kendt for at være vært for eksoplaneter. Hvad finder de, hvis de undersøger de andre 200.000 stjerner?
Det er en videnskabelig kendsgerning, at hver metode til måling af noget har en iboende prøveudtagningsevne. Det er en af begrænsningerne i enhver videnskabelig undersøgelse. Teamet bag denne nye exoplanet-algoritme anerkender fuldt ud, at deres metode også kan indeholde en samplingsforspenning.
Mindre planeter ved fjernere kredsløb kan have meget lange orbitalperioder. I vores solsystem tager Pluto 248 år at gennemføre en bane omkring solen. For at opdage en sådan planet kan det tage op til 248 års observation, før vi registrerede en transit.
Alligevel projicerer de, at de vil finde mere end 100 andre jordstørrede exoplaneter i resten af Kepler-dataene. Det er ganske få, men kan være et beskedent skøn, i betragtning af at Kepler-dataene dækker over 200.000 stjerner.
Styrken af den nye søgealgoritme vil strække sig ud over Kepler-dataene. Ifølge professor Dr. Laurent Gizon, administrerende direktør ved MPS, kan fremtidige planetjagtmissioner også bruge det til at forfine deres resultater. "Denne nye metode er også særlig nyttig til at forberede den kommende PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) -mission, der lanceres i 2026 af Det Europæiske Rumorganisation", sagde professor Gizon.
Holdet offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Astronomy and Astrophysics. Deres papir har titlen ”Undersøgelse med mindstekvadraters transit. II. Opdagelse og validering af 17 nye planter under superjord-størrelse i multiplanet-systemer fra K2. ”
