Forskere finder nye mindre planeter ud over Neptun

Ved hjælp af data fra Dark Energy Survey (DES), forskere har fundet mere end 300 trans-neptunske objekter (TNO'er), mindre planeter, der er placeret langt ude i solsystemet, inklusive mere end 100 nye opdagelser. Udgivet i The Astrophysical Journal Supplement Series , undersøgelsen beskriver også en ny tilgang til at finde lignende typer objekter og kan hjælpe fremtidige søgninger efter den hypotetiske Planet Nine og andre uopdagede planeter. Arbejdet blev ledet af kandidatstuderende Pedro Bernardinelli og professorerne Gary Bernstein og Masao Sako.

Målet med DES, som afsluttede seks års dataindsamling i januar, er at forstå naturen af ​​mørk energi ved at indsamle højpræcisionsbilleder af den sydlige himmel. Selvom DES ikke var specifikt designet med TNO'er i tankerne, dens bredde og dybde af dækning gjorde den særlig dygtig til at finde nye objekter ud over Neptun. "Antallet af TNO'er, du kan finde, afhænger af, hvor meget af himlen, du ser på, og hvad der er det svageste, du kan finde, siger Bernstein.

Fordi DES blev designet til at studere galakser og supernovaer, forskerne skulle udvikle en ny måde at spore bevægelse på. Dedikerede TNO-undersøgelser foretager målinger så ofte som hver time eller hver anden, som giver forskerne mulighed for lettere at spore deres bevægelser. "Dedikerede TNO-undersøgelser har en måde at se objektet bevæge sig, og det er nemt at spore dem, " siger Bernardinelli. "En af de vigtigste ting, vi gjorde i dette papir, var at finde ud af en måde at genoprette disse bevægelser på."

Ved at bruge de første fire år med DES-data, Bernardinelli startede med et datasæt på 7 milliarder "prikker, " alle de mulige objekter, der blev opdaget af softwaren, som var over billedets baggrundsniveauer. Han fjernede derefter alle objekter, der var til stede flere nætter - ting som stjerner, galakser, og supernova - at bygge en "forbigående" liste med 22 millioner objekter, før man begynder et massivt spil med "forbind prikkerne, " leder efter nærliggende par eller trillinger af detekterede objekter for at hjælpe med at bestemme, hvor objektet vil dukke op på efterfølgende nætter.

Med de 7 milliarder prikker skåret ned til en liste med omkring 400 kandidater, der blev set over mindst seks nætters observation, forskerne skulle derefter verificere deres resultater. "Vi har denne liste over kandidater, og så skal vi sikre os, at vores kandidater faktisk er rigtige ting, " siger Bernardinelli.

For at filtrere deres liste over kandidater ned til faktiske TNO'er, forskerne gik tilbage til det originale datasæt for at se, om de kunne finde flere billeder af det pågældende objekt. "Sig, at vi fandt noget på seks forskellige nætter, " siger Bernstein. "For TNO'er, der er der, vi pegede faktisk på dem i 25 forskellige nætter. Det betyder, at der er billeder, hvor objektet skal være, men den klarede sig ikke gennem det første trin med at blive kaldt en prik."

Bernardinelli udviklede en måde at stable flere billeder for at skabe et skarpere billede, som hjalp med at bekræfte, om et detekteret objekt var en rigtig TNO. De bekræftede også, at deres metode var i stand til at spotte kendte TNO'er i de områder af himlen, der blev undersøgt, og at de var i stand til at spotte falske objekter, der blev injiceret i analysen. "Den sværeste del var at prøve at sikre, at vi fandt det, vi skulle finde, " siger Bernardinelli.

Efter mange måneders metodeudvikling og analyse, forskerne fandt 316 TNO'er, inklusive 245 opdagelser gjort af DES og 139 nye objekter, der ikke tidligere var offentliggjort. Med kun 3, 000 genstande kendt i øjeblikket, dette DES-katalog repræsenterer 10% af alle kendte TNO'er. Pluto, den mest kendte TNO, er 40 gange længere væk fra solen end Jorden er, og TNO'erne fundet ved hjælp af DES-dataene spænder fra 30 til 90 gange Jordens afstand fra solen. Nogle af disse objekter er på ekstremt lange baner, der vil føre dem langt ud over Pluto.

Nu hvor DES er færdig, forskerne gentager deres analyse på hele DES-datasættet, denne gang med en lavere tærskel for objektdetektion ved det første filtreringstrin. Det betyder, at der er et endnu større potentiale for at finde nye TNO'er, muligvis så mange som 500, baseret på forskernes skøn, i den nærmeste fremtid.

Metoden udviklet af Bernardinelli kan også bruges til at søge efter TNO'er i kommende astronomiundersøgelser, herunder det nye Vera C. Rubin Observatorium. Dette observatorium vil overvåge hele den sydlige himmel og vil være i stand til at opdage endnu svagere og fjernere objekter end DES. "Mange af de programmer, vi har udviklet, kan nemt anvendes til andre store datasæt, såsom hvad Rubin Observatory vil producere, " siger Bernardinelli.

Dette katalog over TNO'er vil også være et nyttigt videnskabeligt værktøj til forskning i solsystemet. Fordi DES indsamler et bredt spektrum af data om hvert detekterede objekt, forskere kan forsøge at finde ud af, hvor TNO stammer fra, da objekter, der dannes tættere på Solen, forventes at have andre farver end dem, der stammer fra fjernere og koldere steder. Og, ved at studere disse objekters kredsløb, forskere er måske et skridt tættere på at finde Planet Nine, en hypotese på Neptun-størrelse planet, der menes at eksistere uden for Pluto.

"Der er masser af ideer om gigantiske planeter, der plejede at være i solsystemet og ikke er der mere, eller planeter, der er langt væk og massive, men for svage til, at vi endnu har bemærket det, " siger Bernstein. "At lave kataloget er den sjove opdagelsesdel. Så når du opretter denne ressource; du kan sammenligne det, du fandt, med det, nogens teori sagde, du skulle finde."