Atten jord-størrelse exoplaneter opdaget

Forskere ved Max Planck Institute for Solar System Research (MPS), Georg August Universitetet i Göttingen, og Sonneberg-observatoriet har opdaget 18 planeter på størrelse med Jorden ud over solsystemet. Verdenerne er så små, at tidligere undersøgelser havde overset dem. En af dem er en af ​​de hidtil mindste kendte; en anden kunne tilbyde livsvenlige forhold. Forskerne genanalyserede en del af dataene fra NASAs Kepler-rumteleskop med en ny og mere følsom metode, som de udviklede. Holdet vurderer, at deres nye metode har potentialet til at finde mere end 100 yderligere exoplaneter i hele Kepler-missionens datasæt. Forskerne beskriver deres resultater i tidsskriftet Astronomi og astrofysik .

Noget mere end 4000 planeter, der kredser om stjerner uden for vores solsystem, er kendt indtil videre. Af disse såkaldte exoplaneter, omkring 96 procent er betydeligt større end vores jord, de fleste af dem mere sammenlignelige med dimensionerne af gasgiganterne Neptun eller Jupiter. Denne procentdel afspejler sandsynligvis ikke de virkelige forhold i rummet, imidlertid, da små planeter er meget sværere at spore end store. I øvrigt, små verdener er fascinerende mål i søgen efter jordlignende, potentielt beboelige planeter uden for solsystemet.

De 18 nyopdagede verdener falder ind under kategorien planeter på størrelse med Jorden. Den mindste af dem er kun 69 procent af Jordens størrelse; den største er knap mere end to gange Jordens radius. Og de har en anden ting til fælles:Alle 18 planeter kunne indtil videre ikke opdages i dataene fra Kepler-rumteleskopet. Almindelige søgealgoritmer var ikke følsomme nok.

I deres søgen efter fjerne verdener, forskere bruger ofte den såkaldte transitmetode til at lede efter stjerner med periodisk tilbagevendende fald i lysstyrken. Hvis en stjerne tilfældigvis har en planet, hvis baneplan er på linje med sigtelinjen fra Jorden, planeten okkulterer en lille brøkdel af stjernelys, når den passerer foran stjernen én gang pr. bane.

"Standard søgealgoritmer forsøger at identificere pludselige fald i lysstyrken, " forklarer Dr. Rene Heller fra MPS, første forfatter til de aktuelle publikationer. "I virkeligheden, imidlertid, en stjerneskive ser lidt mørkere ud i kanten end i midten. Når en planet bevæger sig foran en stjerne, den blokerer derfor i begyndelsen mindre stjernelys end midt i transitten. Stjernens maksimale dæmpning sker i midten af ​​transitten lige før stjernen bliver gradvist lysere igen, " forklarer han.

Store planeter har en tendens til at producere dybe og klare lysstyrkevariationer af deres værtsstjerner, så den subtile lysstyrkevariation fra centrum til lem på stjernen næppe spiller en rolle i deres opdagelse. Små planeter, imidlertid, stille forskerne over for enorme udfordringer. Deres effekt på stjernelysstyrken er så lille, at det er ekstremt svært at skelne fra stjernens naturlige lysstyrkeudsving og fra den støj, der nødvendigvis følger med enhver form for observation. René Hellers team har nu kunnet vise, at transitmetodens følsomhed kan forbedres markant, hvis der antages en mere realistisk lyskurve i søgealgoritmen.

"Vores nye algoritme hjælper med at tegne et mere realistisk billede af exoplanetbefolkningen i rummet, " opsummerer Michael Hippke fra Sonneberg Observatory. "Denne metode udgør et væsentligt skridt fremad, især i søgen efter jordlignende planeter."

Forskerne brugte data fra NASAs Kepler-rumteleskop som en testleje for deres nye algoritme. I den første missionsfase fra 2009 til 2013, Kepler registrerede lyskurverne på mere end 100, 000 stjerner, resulterede i opdagelsen af ​​over 2300 planeter. Efter en teknisk defekt, teleskopet skulle bruges i en alternativ observationstilstand, kaldet K2-missionen, men den overvågede ikke desto mindre mere end yderligere 100, 000 stjerner ved afslutningen af ​​missionen i 2018. Som en første testprøve for deres nye algoritme, forskerne besluttede at genanalysere alle 517 stjerner fra K2, der allerede var kendt for at være vært for mindst én transitplanet.

Ud over de tidligere kendte planeter, forskerne opdagede 18 nye objekter, som tidligere var blevet overset. "I de fleste af de planetsystemer, vi studerede, de nye planeter er de mindste, " medforfatter Kai Rodenbeck fra universitetet i Göttingen og MPS beskriver resultaterne. Hvad mere er, de fleste af de nye planeter kredser tættere på deres stjerne end deres tidligere kendte planetariske ledsagere. Overfladerne på disse nye planeter har derfor sandsynligvis temperaturer langt over 100 grader Celsius; nogle har endda temperaturer på op til 1000 grader Celsius. Kun én af kroppene er en undtagelse:den kredser sandsynligvis om sin røde dværgstjerne inden for den såkaldte beboelige zone. I denne gunstige afstand fra dens stjerne, denne planet kan tilbyde betingelser, hvorunder flydende vand kan opstå på dens overflade - en af ​​de grundlæggende forudsætninger for liv, som vi kender det på Jorden.

Selvfølgelig, forskerne kan ikke udelukke, at deres metode, også, er blind for andre planeter i de systemer, de undersøgte. I særdeleshed, små planeter i stor afstand til deres værtsstjerner er kendt for at være problematiske. De kræver mere tid at fuldføre en fuld bane end planeter, der kredser tættere på deres stjerner. Som en konsekvens heraf, transit af planeter i brede baner forekommer sjældnere, hvilket gør deres signaler endnu sværere at opdage.

Den nye metode udviklet af Heller og hans kolleger åbner fascinerende muligheder. Ud over de 517 stjerner, der nu undersøges, Kepler-missionen tilbyder også datasæt for hundredtusindvis af andre stjerner. Forskerne antager, at deres metode vil gøre dem i stand til at finde mere end 100 andre verdener på størrelse med Jorden i dataene fra Keplers primære mission. "Denne nye metode er også særlig nyttig til at forberede den kommende PLATO-mission, der skal opsendes i 2026 af European Space Agency, " siger prof. Dr. Laurent Gizon, administrerende direktør i MPS. PLATO vil opdage og karakterisere mange flere multiplanetsystemer omkring sollignende stjerner, hvoraf nogle vil være i stand til at huse liv.