NASAs romerske mission forudsagde at finde 100, 000 transitplaneter

NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope vil skabe enorme kosmiske panoramaer, hjælper os med at besvare spørgsmål om udviklingen af ​​vores univers. Astronomer forventer også, at missionen vil finde tusindvis af planeter ved hjælp af to forskellige teknikker, da den undersøger en lang række stjerner i Mælkevejen.

Roman vil lokalisere disse potentielle nye verdener, eller exoplaneter, ved at spore mængden af ​​lys, der kommer fra fjerne stjerner over tid. I en teknik kaldet gravitationel mikrolinsing, en spids i lyset signalerer, at en planet kan være til stede. På den anden side, hvis lyset fra en stjerne dæmpes med jævne mellemrum, det kan være, fordi der er en planet, der krydser en stjernes ansigt, mens den fuldfører en bane. Denne teknik kaldes transitmetoden. Ved at bruge disse to metoder til at finde nye verdener, astronomer vil fange et hidtil uset billede af sammensætningen og arrangementet af planetsystemer på tværs af vores galakse.

Planlagt lancering i midten af ​​2020'erne, Roman vil være en af ​​NASAs mest produktive planetjægere.

Missionens store synsfelt, udsøgt opløsning, og utrolig stabilitet vil give en unik observationsplatform til at opdage de små ændringer i lys, der kræves for at finde andre verdener via mikrolinsing. Denne detektionsmetode drager fordel af de gravitationelle lysbøjningseffekter af massive objekter forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori.

Det opstår, når en forgrundsstjerne, linsen, justeres tilfældigt med en fjern baggrundsstjerne, kilden, set fra Jorden. Mens stjernerne driver rundt i deres kredsløb rundt om galaksen, justeringen skifter over dage til uger, ændring af den tilsyneladende lysstyrke af kildestjernen. Det præcise mønster af disse ændringer giver astronomer ledetråde om arten af ​​linsestjernen i forgrunden, herunder tilstedeværelsen af ​​planeter omkring det.

Mange af de stjerner, som Roman allerede vil se på til mikrolinseundersøgelsen, kan rumme transitplaneter.

"Mikrolensehændelser er sjældne og opstår hurtigt, så du skal se på en masse stjerner gentagne gange og præcist måle lysstyrkeændringer for at opdage dem, " sagde astrofysiker Benjamin Montet, en Scientia-lektor ved University of New South Wales i Sydney. "Det er præcis de samme ting, du skal gøre for at finde transitplaneter, så ved at skabe en robust mikrolinseundersøgelse, Roman vil også lave en flot transitundersøgelse."

I et papir fra 2017, Montet og hans kolleger viste, at Roman - tidligere kendt som WFIRST - kunne fange mere end 100, 000 planeter, der passerer foran, eller transit, deres værtsstjerner. Periodisk dæmpning, når en planet gentagne gange krydser foran sin stjerne, giver stærke beviser på dens tilstedeværelse, noget astronomer typisk skal bekræfte gennem opfølgende observationer.

Transittilgangen til at finde exoplaneter har været vildt vellykket for NASAs Kepler- og K2-missioner, som har opdaget omkring 2, 800 bekræftede planeter til dato, og bruges i øjeblikket af NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Da Roman vil finde planeter, der kredser længere væk, svagere stjerner, videnskabsmænd bliver ofte nødt til at stole på missionens omfattende datasæt for at verificere planeterne. For eksempel, Roman ser måske sekundære formørkelser - en lille lysstyrke falder, når en planetkandidat passerer bag sin værtsstjerne, som kunne være med til at bekræfte dens tilstedeværelse.

Tvillingdetektionsmetoderne mikrolinsing og transit komplementerer hinanden, giver Roman mulighed for at finde en bred vifte af planeter. Transitmetoden fungerer bedst for planeter, der kredser meget tæt på deres stjerne. Mikrolinsning, på den anden side, kan detektere planeter, der kredser langt fra deres værtsstjerner. Denne teknik kan også finde såkaldte slyngelplaneter, som slet ikke er gravitationsbundet til en stjerne. Disse verdener kan variere fra klippeplaneter mindre end Mars til gasgiganter.

Omtrent tre fjerdedele af de transitplaneter, som Roman vil finde, forventes at være gasgiganter som Jupiter og Saturn, eller isgiganter som Uranus og Neptun. Det meste af resten vil sandsynligvis være planeter, der er mellem fire og otte gange så massive som Jorden, kendt som mini-Neptunes. Disse verdener er særligt interessante, da der ikke er nogen planeter som dem i vores solsystem.

Nogle af de transitverdener, som romerske indfangninger forventes at ligge inden for deres stjernes beboelige zone, eller rækkevidden af ​​kredsløbsafstande, hvor en planet kan være vært for flydende vand på dens overflade. Placeringen af ​​denne region varierer afhængigt af, hvor stor og varm værtsstjernen er - jo mindre og køligere stjernen er, jo tættere vil dens beboelige zone være. Romans følsomhed over for infrarødt lys gør det til et stærkt værktøj til at finde planeter omkring disse svagere orange stjerner.

Roman vil også se længere ud fra Jorden end tidligere planetjagtmissioner. Keplers originale undersøgelse overvågede stjerner i en gennemsnitlig afstand på omkring 2, 000 lysår. Det så et beskedent område af himlen, i alt omkring 115 kvadratgrader. TESS scanner næsten hele himlen, men det sigter mod at finde verdener, der er tættere på Jorden, med typiske afstande på omkring 150 lysår. Roman vil bruge både mikrolinse- og transitdetektionsmetoder til at finde planeter op til 26, 000 lysår væk.

Kombination af resultaterne fra Romans mikrolinsing og transitplanetsøgninger vil hjælpe med at give en mere komplet planettælling ved at afsløre verdener med en bred vifte af størrelser og baner. Missionen vil give den første mulighed for at finde et stort antal transitplaneter placeret tusinder af lysår væk, hjælper astronomer med at lære mere om demografien af ​​planeter i forskellige områder af galaksen.

"Det faktum, at vi vil være i stand til at opdage tusindvis af transitplaneter bare ved at se på mikrolinsedata, der allerede er taget, er spændende, " sagde studie medforfatter Jennifer Yee, en astrofysiker ved Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian i Cambridge, Massachusetts. "Det er fri videnskab."