En seks-årig søgning i det ydre solsystem viser 461 nye objekter (men ingen Planet 9)

I den nærmeste fremtid, astronomer vil drage fordel af tilstedeværelsen af ​​næste generations teleskoper som James Webb Space Telescope (JWST) og Nancy Grace Roman Space Telescope (RST). På samme tid, forbedrede data mining og maskinlæringsteknikker vil også give astronomer mulighed for at få mere ud af eksisterende instrumenter. I processen, de håber endelig at kunne besvare nogle af de mest brændende spørgsmål om kosmos.

For eksempel, Dark Energy Survey (DES), en international, samarbejde om at kortlægge kosmos, for nylig udgivet resultaterne af deres seks-årige undersøgelse af det ydre solsystem. Ud over at indsamle data om hundredvis af kendte objekter, denne undersøgelse afslørede 461 tidligere uopdagede genstande. Resultaterne af denne undersøgelse kan have betydelige implikationer for vores forståelse af solsystemets dannelse og udvikling.

Forskningen blev ledet af Dr. Pedro Bernardinelli, en ph.d. kandidat i Institut for Fysik og Astronomi ved University of Pennsylvania (UPenn). Han fik selskab af Gary Bernstein og Masao Sako (to professorer ved Institut for Fysik og Astronomi ved UPenn) og andre medlemmer af DES Collaboration. Fra og med 2013, DES søger at fastslå den rolle Dark Energy har spillet (og fortsætter med at spille) i udvidelsen og udviklingen af ​​kosmos.

Mellem 2013 og 2019, DES brugte det 4 meter lange Blanco-teleskop ved Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) i Chile til at studere hundredvis af millioner af galakser, supernovaer, og universets storskalastruktur. Mens deres primære mål er at måle den accelererende hastighed af kosmisk ekspansion (aka. Hubble-Lemaître konstanten) og den rumlige fordeling af mørkt stof, DES Collaboration rapporterede også opdagelsen af ​​individuelle TNO'er af interesse. Som Dr. Bernardinelli forklarede til Universe Today via e-mail:

"En vigtig detalje er, at når du tager et billede af himlen, du kan ikke bare se, hvad du leder efter, men du ser også andre ting, der er i samme område på himlen, som måske er tættere på eller længere fra dit mål. Så vi kommer til at se alt fra fly til asteroider til TNO'er, samt stjerner og fjerne galakser. Så vi kommer til at bruge dataene til at finde andre ting (i mit tilfælde, TNO'er!)"

Deres resultater blev beskrevet i en tidligere undersøgelse, hvor DES Collaboration delte de første fire års dataindsamling ("Y4"). Dette førte til opdagelsen af ​​316 individuelle TNO'er af interesse og udviklingen af ​​nye maskinlæringsteknikker til TNO-søgninger. Bygger på dette, holdet analyserede resultaterne af de fulde seks års DES-undersøgelsesdata ("Y6") for TNO'er, dog med nogle ændringer og forbedringer.

Dette omfattede vedtagelse af den oprindelige version af TNO-rørledningen (den, der blev brugt til Y4), men med en række algoritmiske ændringer. De genbehandlede også Y4-kataloget for at opdage svagere objekter og øgede mængden af ​​involveret computerkraft. Som resultat, Y6-kataloget var betydeligt større end Y4, hvilket udgjorde den største forskel (og udfordring) mellem de to undersøgelser. I en vis forstand, sagde Dr. Bernardinelli, Y4-søgningen var en generalprøve for Y6-søgningen:

"Alle disse teknologiske udviklinger har nogle få unikke udfordringer for DES, som vi er, endnu engang, ikke et solsystemprojekt, så vi var nødt til at finde ud af nye måder at søge efter disse objekter på (typisk, TNO undersøgelser har flere billeder pr. nat; vi har kun én). Jeg kan godt lide at beskrive dette problem som "at finde et søm i en høstak" blandet med "forbind prikkerne" (vi skal finde de 10 prikker blandt 100 millioner, der svarer til et enkelt objekt - det er reelle tal!). Så alt, hvad vi gjorde, vil hjælpe fremtidige projekter, der har lignende udfordringer."

Denne gang, samarbejdet opdagede 461 tidligere uopdagede objekter, hvilket bringer det samlede antal TNO'er opdaget af DES til 777, og antallet af kendte TNO'er til næsten 4000. De fik også friske data om mange andre objekter, inklusive den store komet C/2014 UN271, som Dr. Bernardinelli og medforfatter Prof. Bernstein opdagede i 2014, mens de undersøgte nogle af DES-arkivbillederne. sagde Dr. Bernardinelli:

"Alle disse teknologiske udviklinger har nogle få unikke udfordringer for DES, som vi er, endnu engang, ikke et solsystemprojekt, så vi var nødt til at finde ud af nye måder at søge efter disse objekter på (typisk, TNO undersøgelser har flere billeder pr. nat, vi har kun én). Jeg kan godt lide at beskrive dette problem som 'at finde et søm i en høstak' blandet med "forbind prikkerne" (vi skal finde de 10 prikker blandt 100 millioner, der svarer til et enkelt objekt – det er reelle tal!). Så alt, hvad vi gjorde, vil hjælpe fremtidige projekter, der har lignende udfordringer."

Implikationerne af denne forskning er både omfattende og betydelige. Til at begynde med, astronomer har længe haft mistanke om, at befolkningen af ​​små kroppe, der kredser ud over Neptun, er rester tilbage fra dannelsen af ​​solsystemet. Hvad mere er, den nuværende kredsløbsfordeling af disse objekter er resultatet af de gigantiske planeters migration til deres nuværende baner. Da de migrerede, de sparkede disse objekter ind i den trans-neptunske region.

"[Vi kan bruge disse objekter til at forsøge at spore denne historie tilbage. Ved at indsamle data om hundredvis af disse objekter, derefter, vi kommer til at stille alle mulige spørgsmål, såsom "hvor hurtigt migrerede Neptun?" (vores data viser en præference for en langsommere migration) eller "gemmer der sig en niende planet i udkanten af ​​solsystemet?" (vores data viser ikke det forventede signal, men det betyder ikke, at vi udelukker ideen om Planet 9)."

Kort sagt, ved at have en optælling af TNO'er og begrænse deres orbitale dynamik, astronomer vil være i stand til at få ny indsigt i, hvordan vores solsystem dannedes og udviklede sig for milliarder af år siden. Den viden kunne også informere vores forståelse af, hvordan beboelige systemer, der giver anledning til liv, opstår, dermed gøre det nemmere for os at finde det.