Forskere opdager kometer uden for vores solsystem

Forskere fra MIT og andre institutioner, arbejder tæt sammen med amatørastronomer, har set de støvede haler fra seks eksokometer – kometer uden for vores solsystem – der kredser om en svag stjerne 800 lysår fra Jorden.

Disse kosmiske kugler af is og støv, som var omtrent på størrelse med Halleys komet og rejste omkring 100, 000 miles i timen, før de til sidst fordampede, er nogle af de mindste objekter, der endnu er fundet uden for vores eget solsystem.

Opdagelsen markerer første gang, at et objekt så lille som en komet er blevet opdaget ved hjælp af transitfotometri, en teknik, hvorved astronomer observerer en stjernes lys for tydelige fald i intensitet. Sådanne fald signalerer potentielle transitter, eller krydsninger af planeter eller andre objekter foran en stjerne, som midlertidigt blokerer en lille del af dets lys.

I tilfælde af denne nye påvisning, forskerne var i stand til at udvælge kometens hale, eller spor af gas og støv, som blokerede omkring en tiendedel af 1 procent af stjernens lys, da kometen strøg forbi.

"Det er forbløffende, at noget, der er flere størrelsesordener mindre end Jorden, kan detekteres bare ved, at det udsender en masse affald, " siger Saul Rappaport, professor emeritus i fysik ved MITs Kavli Institut for Astrofysik og Rumforskning. "Det er ret imponerende at kunne se noget så lille, så langt væk."

Rappaport og hans team har offentliggjort deres resultater i denne uge i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society . Avisens medforfattere er Andrew Vanderburg fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; flere amatørastronomer, herunder Thomas Jacobs fra Bellevue, Washington; og forskere fra University of Texas i Austin, NASA's Ames Research Center, og Northeastern University.

"Hvor få har rejst"

Detektionen blev foretaget ved hjælp af data fra NASAs Kepler-rumteleskop, et stjerneobservatorium, der blev sendt ud i rummet i 2009. I fire år, rumfartøjet overvågede omkring 200, 000 stjerner for dyk i stjernelys forårsaget af transiterende exoplaneter.

Til dato, missionen har identificeret og bekræftet mere end 2, 400 exoplaneter, hovedsageligt kredsende stjerner i stjernebilledet Cygnus, ved hjælp af automatiserede algoritmer, der hurtigt gennemgår Keplers data, leder efter karakteristiske dyk i stjernelys.

De mindste exoplaneter, der er fundet indtil videre, måler omkring en tredjedel af Jordens størrelse. kometer, sammenlignet med, spænder over flere fodboldbaner, eller en lille by på deres største, gør dem utroligt svære at få øje på.

Imidlertid, den 18. marts, Jacobs, en amatørastronom, der har gjort det til sin hobby at gennemsøge Keplers data, var i stand til at udvælge flere nysgerrige lysmønstre midt i støjen.

Jacobs, der arbejder som beskæftigelseskonsulent for mennesker med udviklingshæmning om dagen, er medlem af Planet Hunters - et borgerforskerprojekt, som først blev etableret af Yale University for at rekruttere amatørastronomer i søgen efter exoplaneter. Medlemmer fik adgang til Keplers data i håb om, at de kunne få øje på noget af interesse, som en computer kunne gå glip af.

I januar, Jacobs satte sig for at scanne hele fire år af Keplers data taget under hovedmissionen, bestående af over 200, 000 stjerner, hver med individuelle lyskurver, eller grafer over lysintensitet sporet over tid. Jacobs brugte fem måneder på at gennemse dataene efter øje, ofte før og efter sit daglige arbejde, og gennem weekenderne.

"At lede efter objekter af interesse i Kepler-dataene kræver tålmodighed, udholdenhed, og udholdenhed, " siger Jacobs. "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 udforskning og at være på jagt, hvor få har rejst før."

"Noget vi har set før"

Jacobs' mål var at lede efter noget ud over det sædvanlige, som computeralgoritmer kan være forbigået. I særdeleshed, han søgte efter enkelte transitter – dyk i stjernelys, der kun sker én gang, hvilket betyder, at de ikke er periodiske som planeter, der kredser om en stjerne flere gange.

I sin søgen, han så tre sådanne enkeltpassager omkring KIC 3542116, en svag stjerne placeret 800 lysår fra Jorden (de andre tre transitter blev fundet senere af holdet). Han markerede begivenhederne og advarede Rappaport og Vanderburg, som han tidligere havde samarbejdet med for at fortolke sine resultater.

"Vi sad på det her i en måned, fordi vi ikke vidste hvad det var - planettransit ser ikke sådan ud, " husker Rappaport. "Så gik det op for mig, at 'Hej, disse ligner noget, vi har set før."

I en typisk planetarisk transit, den resulterende lyskurve ligner et "U, "med et skarpt dyk, så en lige så kraftig stigning, som et resultat af at en planet først blokerer lidt, så meget, derefter lidt af lyset, når det bevæger sig hen over stjernen. Imidlertid, de lyskurver, som Jacobs identificerede, virkede asymmetriske, med et skarpt dyk, efterfulgt af en mere gradvis stigning.

Rappaport indså, at asymmetrien i lyskurverne lignede desintegrerende planeter, med lange spor af affald, der ville fortsætte med at blokere en smule lys, når planeten bevæger sig væk fra stjernen. Imidlertid, sådanne desintegrerende planeter kredser om deres stjerne, transit gentagne gange. I modsætning, Jacobs havde ikke observeret et sådant periodisk mønster i de transitter, han identificerede.

"Vi troede, den eneste form for krop, der kunne gøre det samme og ikke gentage, er en, der sandsynligvis bliver ødelagt i sidste ende, " siger Rappaport.

Med andre ord, i stedet for at kredse omkring og omkring stjernen, genstandene skal have passeret, så til sidst fløjet for tæt på stjernen, og fordampet.

"Det eneste, der passer til regningen, og har en lille nok masse til at blive ødelagt, er en komet, " siger Rappaport.

Forskerne beregnede, at hver komet blokerede omkring en tiendedel af 1 procent af stjernens lys. For at gøre dette i flere måneder, før det forsvinder, kometen gik sandsynligvis helt i opløsning, skabe et støvspor, der er tykt nok til at blokere den mængde stjernelys.

Vanderburg siger, at det faktum, at disse seks exokometer ser ud til at have passeret meget tæt på deres stjerne i de sidste fire år, rejser nogle spændende spørgsmål, svarene som kunne afsløre nogle sandheder om vores eget solsystem.

"Hvorfor er der så mange kometer i de indre dele af disse solsystemer?" siger Vanderburg. "Er dette en ekstrem bombardementæra i disse systemer? Det var en virkelig vigtig del af vores eget solsystems dannelse og kan have bragt vand til Jorden. Måske kunne vi studere exokometer og finde ud af, hvorfor de findes omkring denne type stjerne ... kunne give os noget indblik i, hvordan bombardement sker i andre solsystemer."

Forskerne siger, at i fremtiden, den MIT-ledede Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) mission vil fortsætte den type forskning udført af Kepler.

Udover at bidrage til områderne astrofysik og astronomi, Rappaport siger, den nye opdagelse taler til borgerforskernes vedholdenhed og dømmekraft.

"Jeg kunne nævne 10 typer ting, som disse mennesker har fundet i Kepler-dataene, som algoritmer ikke kunne finde, på grund af mønstergenkendelsesevnen i det menneskelige øje, " siger 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 var programmeret ind i algoritmer. Jeg synes, det er rimeligt at sige, at dette aldrig ville være blevet fundet af nogen algoritme."

Denne forskning gjorde brug af data indsamlet af Kepler-missionen, finansieret af NASA Science Mission-direktoratet.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.