Søger du efter Earth 2.0? Zoom ind på en stjerne

Astronomer, der søger efter jordlignende planeter i andre solsystemer, har fået et gennembrud ved at se nærmere på stjernernes overflade.

En ny teknik udviklet af et internationalt team af forskere - ledet af Yale-astronomerne Rachael Roettenbacher, Sam Cabot og Debra Fischer - bruger en kombination af data fra jordbaserede og kredsende teleskoper til at skelne mellem lyssignaler, der kommer fra stjerner og signaler, der kommer fra planeter. kredser om disse stjerner.

En undersøgelse, der beskriver opdagelsen, er blevet accepteret af The Astronomical Journal .

"Vores teknikker samler tre forskellige typer samtidige observationer for at fokusere på at forstå stjernen, og hvordan dens overflade ser ud," sagde Roettenbacher, en 51 Pegasi b postdoktor ved Yale og hovedforfatter af papiret. "Fra et af datasættene skaber vi et kort over overfladen, der giver os mulighed for at afsløre flere detaljer i de radiale hastighedsdata, når vi søger efter signaler fra små planeter.

"Denne procedure viser værdien af ​​at opnå flere typer observation på én gang."

I årtier har astronomer brugt en metode kaldet radial hastighed som en måde at lede efter exoplaneter i andre solsystemer. Radial hastighed refererer til en stjernes bevægelse langs en observatørs sigtelinje.

Astronomer leder efter variationer i en stjernes hastighed, der kan være forårsaget af tyngdekraften fra en planet i kredsløb. Disse data kommer via spektrometre – instrumenter, der ser på lys, der udsendes af en stjerne og strækker lyset ind i et spektrum af frekvenser, der kan analyseres.

Da astronomer har skyndt sig at udvikle metoder til at opdage jordlignende planeter, er de dog stødt ind i en barriere, der har stoppet fremskridt i årevis. Den energi, der udsendes af stjerner, skaber en kogende kedel af konvektionsplasma, der forvrænger målinger af radial hastighed og skjuler signaler fra små klippeplaneter.

Men en ny generation af avancerede instrumenter angriber dette problem. Disse instrumenter omfatter EXtreme PREcision Spectrograph (EXPRES), som blev designet og bygget af Fischers team på Yale, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) og Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) interferometrisk teleskoparray.

Til den nye undersøgelse brugte forskerne TESS-data til at rekonstruere overfladen af ​​Epsilon Eridani, en stjerne i den sydlige konstellation Eridanus, der er synlig fra det meste af Jordens overflade. De ledte derefter efter stjernepletter - køligere områder på overfladen af ​​en stjerne forårsaget af stærke magnetiske felter.

"Med rekonstruktionerne kender du placeringen og størrelsen af ​​pletter på stjernen, og du ved også, hvor hurtigt stjernen roterer," sagde Cabot. "Vi udviklede en metode, der så fortæller dig, hvilken slags signal du ville se med et spektrometer."

Forskerne sammenlignede derefter deres TESS-rekonstruktioner med EXPRES-spektrometerdata indsamlet samtidigt fra Epsilon Eridani.

"Dette gav os mulighed for direkte at binde bidrag fra den radiale hastighedssignatur til specifikke træk på overfladen," sagde Fischer. "De radiale hastigheder fra stjernepletterne matcher smukt med dataene fra EXPRES."

Forskerne brugte også en anden teknik, kaldet interferometri, til at detektere en stjerneplet på Epsilon Eridani - den første interferometriske påvisning af en stjernepletter på en stjerne, der ligner Solen.

Interferometri kombinerer adskilte teleskoper for at skabe et meget større teleskop. Til dette brugte forskerne CHARA Array, verdens største optiske interferometer, beliggende i Californien.

Roettenbacher sagde, at hun og hendes kolleger vil anvende deres nye teknik på sæt interferometriske observationer for direkte at afbilde hele overfladen af ​​en stjerne og bestemme dens radiale hastighedsbidrag.

"Interferometrisk billeddannelse er ikke noget, der udføres for mange stjerner, fordi stjernen skal være i nærheden og lys. Der er en håndfuld andre stjerner, som vi også kan anvende vores banebrydende tilgang på," sagde Roettenbacher.

Tidligere Yale-forskere Lily Zhao, som nu er ved Flatiron Institute, og John Brewer, som nu er ved San Francisco State University, er blandt undersøgelsens medforfattere.