Οι επιστήμονες που εργάζονται με δεδομένα από την αποστολή Kepler ανακάλυψαν επιπλέον 18 κόσμους στο μέγεθος της Γης. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια νεότερη, πιο αυστηρή μέθοδο χτενίσματος των δεδομένων για να βρει αυτούς τους πλανήτες. Μεταξύ των 18 είναι ο μικρότερος εξωπλανήτης που έχει βρεθεί ποτέ.
ο Αποστολή Κέπλερ ήταν πολύ επιτυχημένη και τώρα γνωρίζουμε περισσότερους από 4.000 εξωπλανήτες σε μακρινά ηλιακά συστήματα. Αλλά υπάρχει ένα κατανοητό σφάλμα δειγματοληψίας στα δεδομένα Kepler: ήταν ευκολότερο για το διαστημόπλοιο να βρει μεγάλους πλανήτες παρά μικρούς. Οι περισσότεροι από τους εξωπλανήτες Kepler είναι τεράστιοι κόσμοι, σε μέγεθος κοντά στους αέριους γίγαντες Δία και Κρόνο.
Είναι εύκολο να καταλάβουμε γιατί συμβαίνει αυτό. Προφανώς, τα μεγαλύτερα αντικείμενα είναι πιο εύκολο να βρεθούν από τα μικρότερα αντικείμενα. Αλλά μια ομάδα επιστημόνων στη Γερμανία ανέπτυξε έναν τρόπο να σαρώσει τα δεδομένα του Κέπλερ και βρήκαν 18 μικρούς πλανήτες που έχουν περίπου το μέγεθος της Γης. Αυτό είναι σημαντικό.
«Ο νέος μας αλγόριθμος βοηθά να σχεδιάσουμε μια πιο ρεαλιστική εικόνα του πληθυσμού των εξωπλανητών στο διάστημα».
Michael Hippke, Αστεροσκοπείο Sonneberg.
Σε περίπτωση που δεν είστε εξοικειωμένοι με τις τεχνικές κυνηγιού πλανητών και συγκεκριμένα το διαστημόπλοιο Kepler, χρησιμοποίησε αυτό που ονομάζεται ' μέθοδος διέλευσης » της εύρεσης πλανητών. Κάθε φορά που ένας πλανήτης περνά μπροστά από το αστέρι του, αυτό ονομάζεται διέλευση. Το Kepler ρυθμίστηκε με ακρίβεια για να ανιχνεύσει την πτώση του αστρικού φωτός που προκαλείται από τη διέλευση ενός εξωπλανήτη.
Η πτώση στο φως των αστεριών είναι ελάχιστη και πολύ δύσκολο να εντοπιστεί. Αλλά το Kepler χτίστηκε για αυτόν τον σκοπό. Το διαστημικό σκάφος Kepler, σε συνδυασμό με τις επακόλουθες παρατηρήσεις με άλλα τηλεσκόπια, θα μπορούσε επίσης να καθορίσει το μέγεθος του πλανήτη, ακόμη και να πάρει μια ένδειξη για την πυκνότητα του πλανήτη και άλλα χαρακτηριστικά.
Καθώς ο πλανήτης κινείται μπροστά από το αστέρι του, η φωτεινότητα του αστεριού πέφτει και στη συνέχεια επιστρέφει στο προηγούμενο επίπεδο όταν ολοκληρωθεί η διέλευση. Πίστωση εικόνας:NASA, ESA, G. Bacon (STSci)
Οι επιστήμονες υποψιάζονταν έντονα ότι τα δεδομένα του Kepler δεν ήταν αντιπροσωπευτικά του πληθυσμού των εξωπλανητών λόγω της προκατάληψης δειγματοληψίας. Όλα εξαρτώνται από τις ιδιαιτερότητες του τρόπου με τον οποίο ο Κέπλερ χρησιμοποιεί τη μέθοδο διέλευσης για να βρει εξωπλανήτες.
Εφόσον ο Κέπλερ εξέτασε πάνω από 200.000 αστέρια για να ανιχνεύσει βυθίσεις στο φως των αστεριών που προκαλούνται από διερχόμενους εξωπλανήτες, μεγάλο μέρος της ανάλυσης των δεδομένων του Κέπλερ έπρεπε να γίνει από υπολογιστές. (Δεν υπάρχουν αρκετοί φτωχοί απόφοιτοι αστρονομίας στον κόσμο για να κάνουν τη δουλειά.) Έτσι οι επιστήμονες βασίστηκαν σε αλγόριθμους για να χτενίσουν τα δεδομένα του Kepler για διελεύσεις.
«Οι τυπικοί αλγόριθμοι αναζήτησης προσπαθούν να εντοπίσουν ξαφνικές πτώσεις φωτεινότητας», εξηγεί ο Δρ. René Heller από το MPS, πρώτος συγγραφέας των τρεχουσών δημοσιεύσεων. «Στην πραγματικότητα, ωστόσο, ένας αστρικός δίσκος φαίνεται ελαφρώς πιο σκούρος στην άκρη παρά στο κέντρο. Όταν ένας πλανήτης κινείται μπροστά από ένα αστέρι, επομένως αρχικά μπλοκάρει λιγότερο αστρικό φως από ό,τι στο μέσο της διέλευσης. Η μέγιστη μείωση της φωτεινότητας του αστεριού συμβαίνει στο κέντρο της διέλευσης λίγο πριν το αστέρι γίνει σταδιακά πιο φωτεινό», εξηγεί.
Εδώ είναι που η ανίχνευση εξωπλανητών γίνεται δύσκολη. Όχι μόνο ένας μεγαλύτερος πλανήτης προκαλεί μεγαλύτερη πτώση της φωτεινότητας από έναν μικρότερο πλανήτη, αλλά και η φωτεινότητα ενός αστεριού κυμαίνεται φυσικά, καθιστώντας τους μικρότερους πλανήτες ακόμη πιο δύσκολο να ανιχνευθούν.
Το κόλπο για τον Heller και την ομάδα των αστρονόμων ήταν να αναπτύξουν έναν διαφορετικό ή ίσως «πιο έξυπνο» αλγόριθμο που λαμβάνει υπόψη την καμπύλη φωτός ενός αστεριού. Για έναν παρατηρητή όπως ο Κέπλερ, το μέσο του άστρου είναι το πιο φωτεινό και οι μεγάλοι πλανήτες προκαλούν μια πολύ ευδιάκριτη, γρήγορη μείωση του φωτός. Αλλά τι γίνεται στην άκρη, ή στο άκρο, ενός αστεριού. Ήταν δυνατόν οι διελεύσεις μικρότερων πλανητών να περνούν απαρατήρητες σε αυτό το χαμηλότερο φως;
Ο νέος αλγόριθμος των Heller, Rodenbeck και Hippke δεν αναζητά απότομες πτώσεις φωτεινότητας όπως οι προηγούμενοι τυπικοί αλγόριθμοι, αλλά για τη χαρακτηριστική, σταδιακή μείωση της φωτεινότητας και ανάκτηση. Αυτό καθιστά τον νέο αλγόριθμο αναζήτησης διέλευσης πολύ πιο ευαίσθητο σε μικρούς πλανήτες στο μέγεθος της Γης. Πίστωση εικόνας: NASA/SDO (Sun), MPS/René Heller
Βελτιώνοντας την ευαισθησία του αλγόριθμου αναζήτησης, η ομάδα μπόρεσε να απαντήσει σε αυτήν την ερώτηση με ένα πειστικό «ναι».
«Στα περισσότερα από τα πλανητικά συστήματα που μελετήσαμε, οι νέοι πλανήτες είναι οι μικρότεροι».
Kai Rodenbeck, Πανεπιστήμιο του Gottingen, MPS.
«Ο νέος μας αλγόριθμος βοηθά να σχεδιάσουμε μια πιο ρεαλιστική εικόνα του πληθυσμού των εξωπλανητών στο διάστημα», συνοψίζει ο Michael Hippke του Παρατηρητηρίου Sonneberg. «Αυτή η μέθοδος αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός, ειδικά στην αναζήτηση πλανητών που μοιάζουν με τη Γη».
Το αποτέλεσμα? «Στα περισσότερα από τα πλανητικά συστήματα που μελετήσαμε, οι νέοι πλανήτες είναι οι μικρότεροι», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Kai Rodenbeck από το Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν και το Ινστιτούτο Max Planck για την Έρευνα του Ηλιακού Συστήματος. Όχι μόνο βρήκαν επιπλέον 18 πλανήτες στο μέγεθος της Γης, αλλά βρήκαν τον μικρότερο εξωπλανήτη μέχρι σήμερα, μόνο το 69% του μεγέθους της Γης. Και το μεγαλύτερο από τα 18 είναι μόλις δύο φορές το μέγεθος της Γης. Αυτό έρχεται σε έντονη αντίθεση με τους περισσότερους εξωπλανήτες που βρέθηκαν από τον Κέπλερ, οι οποίοι βρίσκονται στο εύρος μεγεθών του Δία και του Κρόνου.
Δεν είναι μόνο μικροί αυτοί οι νέοι πλανήτες, αλλά είναι πιο κοντά στα αστέρια τους από τα αδέρφια τους που ανακαλύφθηκαν προηγουμένως. Έτσι, ο νέος αλγόριθμος όχι μόνο μας δίνει μια πιο ακριβή εικόνα των πληθυσμών των εξωπλανητών ανά μέγεθος, αλλά μας δίνει επίσης μια πιο ξεκάθαρη εικόνα των τροχιών τους.
Λόγω της γειτνίασής τους με τα αστέρια τους, οι περισσότεροι από αυτούς τους πλανήτες είναι πυρπολικοί με επιφανειακές θερμοκρασίες άνω των 100 Κελσίου και μερικοί πάνω από 1.000 Κελσίου. Αλλά υπάρχει μια εξαίρεση: ένα από αυτά περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι κόκκινο νάνο και φαίνεται να βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη, όπου μπορεί να παραμείνει υγρό νερό.
Μπορεί να υπάρχουν περισσότεροι μικρότεροι εξωπλανήτες κρυμμένοι στα δεδομένα του Kepler. Μέχρι στιγμής, ο Heller και η ομάδα του έχουν χρησιμοποιήσει τη νέα τους τεχνική μόνο σε μερικά από τα αστέρια που εξέτασε ο Kepler. Επικεντρώθηκαν σε λίγο περισσότερα από 500 αστέρια του Κέπλερ που ήταν ήδη γνωστό ότι φιλοξενούσαν εξωπλανήτες. Τι θα βρουν αν εξετάσουν τα άλλα 200.000 αστέρια;
Είναι επιστημονικό γεγονός ότι κάθε μέθοδος μέτρησης κάτι έχει μια εγγενή προκατάληψη δειγματοληψίας. Είναι ένας από τους περιορισμούς σε κάθε επιστημονική μελέτη. Η ομάδα πίσω από αυτόν τον νέο αλγόριθμο εξωπλανητών αναγνωρίζει πλήρως ότι η μέθοδός τους μπορεί επίσης να περιέχει μια προκατάληψη δειγματοληψίας.
Σχεδόν όλοι οι γνωστοί εξωπλανήτες είναι μεγαλύτεροι από τη Γη και συνήθως τόσο μεγάλοι όσο ο αέριος πλανήτης Ποσειδώνας. Οι 18 πλανήτες που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα (εδώ σε πορτοκαλί και πράσινο χρώμα), για σύγκριση, είναι πολύ μικρότεροι από τον Ποσειδώνα, τρεις από αυτούς ακόμη μικρότεροι από τη Γη και δύο ακόμη μεγαλύτεροι από τη Γη. Το Planet EPIC 201238110.02 είναι ο μόνος από τους νέους πλανήτες αρκετά δροσερός ώστε να φιλοξενεί δυνητικά υγρό νερό στην επιφάνειά του. Πίστωση εικόνας: NASA/JPL (Neptune), NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring (Earth), MPS/René Heller
Οι μικρότεροι πλανήτες σε πιο απομακρυσμένες τροχιές μπορεί να έχουν πολύ μεγάλες περιόδους τροχιάς. Στο Ηλιακό μας Σύστημα, ο Πλούτωνας χρειάζεται 248 χρόνια για να ολοκληρώσει μια τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Για να ανιχνευθεί ένας τέτοιος πλανήτης, μπορεί να χρειαστούν έως και 248 χρόνια παρατήρησης προτού εντοπίσουμε μια διέλευση.
Ακόμα κι έτσι, προβλέπουν ότι θα βρουν περισσότερους από 100 άλλους εξωπλανήτες στο μέγεθος της Γης στα υπόλοιπα δεδομένα του Kepler. Αυτό είναι αρκετά, αλλά μπορεί να είναι μια μέτρια εκτίμηση, δεδομένου ότι τα δεδομένα του Kepler καλύπτουν πάνω από 200.000 αστέρια.
Η ισχύς του νέου αλγόριθμου αναζήτησης θα επεκταθεί πέρα από τα δεδομένα Kepler. Σύμφωνα με τον καθηγητή Δρ. Laurent Gizon, Διευθύνοντα Σύμβουλο στο MPS, οι μελλοντικές αποστολές κυνηγιού πλανητών μπορούν επίσης να το χρησιμοποιήσουν για να βελτιώσουν τα αποτελέσματά τους. «Αυτή η νέα μέθοδος είναι επίσης ιδιαίτερα χρήσιμη για την προετοιμασία για το επερχόμενο ΠΛΑΚΑ Η αποστολή (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) θα εκτοξευθεί το 2026 από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος», δήλωσε ο καθηγητής Gizon.
Η ομάδα δημοσίευσε τα αποτελέσματά της στο περιοδικό Αστρονομία και Αστροφυσική . Το άρθρο τους τιτλοφορείται «Έρευνα ελαχίστων τετραγώνων διέλευσης. II. Ανακάλυψη και επικύρωση 17 νέων πλανητών σε μέγεθος υπό το μέγεθος της σούπερ Γης σε συστήματα πολλαπλών πλανητών από το K2.