Wetenschappers die met gegevens van de Kepler-missie werken, hebben nog eens 18 werelden ter wereld ontdekt. Het team gebruikte een nieuwere, strengere methode om de gegevens te doorzoeken om deze planeten te vinden. Onder de 18 is de kleinste exoplaneet die ooit is gevonden.
De Kepler-missie was zeer succesvol en we kennen nu meer dan 4.000 exoplaneten in verre zonnestelsels. Maar er is een begrepen steekproeffout in de Kepler-gegevens: het ruimtevaartuig kon gemakkelijker grote planeten vinden dan kleine. De meeste exoplaneten van Kepler zijn enorme werelden, die qua grootte dicht bij de gasreuzen Jupiter en Saturnus liggen.
Het is gemakkelijk te begrijpen waarom dit zo is. Het is duidelijk dat grotere objecten gemakkelijker te vinden zijn dan kleinere objecten. Maar een team van wetenschappers in Duitsland heeft een manier ontwikkeld om de gegevens van Kepler te doorzoeken en ze hebben 18 kleine planeten gevonden die ongeveer zo groot zijn als de aarde. Dit is belangrijk.
"Ons nieuwe algoritme helpt om een realistischer beeld te schetsen van de exoplanetenpopulatie in de ruimte."
Michael Hippke, Sonneberg Observatory.
Als je niet bekend bent met planeetjachttechnieken, en met name het Kepler-ruimtevaartuig, gebruikte het de zogenaamde 'transitmethode' om planeten te vinden. Elke keer dat een planeet voor zijn ster passeert, wordt dat een doorvoer genoemd. Kepler was nauwkeurig afgesteld om de daling van sterrenlicht te detecteren die wordt veroorzaakt door de doorvoer van een exoplaneet.
De daling van het sterrenlicht is minuscuul en zeer moeilijk te detecteren. Maar Kepler is hiervoor gebouwd. Het Kepler-ruimtevaartuig zou, in combinatie met vervolgwaarnemingen met andere telescopen, ook de grootte van de planeet kunnen bepalen en zelfs een indicatie kunnen krijgen van de dichtheid van de planeet en andere kenmerken.
Wetenschappers vermoedden sterk dat de Kepler-gegevens niet representatief waren voor de populatie van exoplaneten vanwege de steekproefbias. Het komt allemaal neer op de specifieke kenmerken van hoe Kepler de transitmethode gebruikt om exoplaneten te vinden.
Aangezien Kepler meer dan 200.000 sterren onderzocht om door sterrende exoplaneten veroorzaakte dipjes in sterrenlicht te detecteren, moest veel van de analyse van de Kepler-gegevens door computers worden uitgevoerd. (Er zijn niet genoeg verarmde studenten in de sterrenkunde in de wereld om het werk te doen.) Dus vertrouwden wetenschappers op algoritmen om de Kepler-gegevens te kammen voor transits.
"Standaard zoekalgoritmen proberen plotselinge helderheidsdalingen te identificeren", legt Dr. René Heller van MPS, eerste auteur van de huidige publicaties, uit. “In werkelijkheid lijkt een stellaire schijf echter iets donkerder aan de rand dan in het midden. Wanneer een planeet voor een ster beweegt, blokkeert hij daarom aanvankelijk minder sterrenlicht dan halverwege de transitie. Het maximale dimmen van de ster vindt plaats in het midden van de doorgang net voordat de ster weer geleidelijk helderder wordt ', legt hij uit.
Hier wordt de detectie van exoplaneten lastig. Niet alleen veroorzaakt een grotere planeet een grotere daling in helderheid dan een kleinere planeet, maar de helderheid van een ster fluctueert natuurlijk ook, waardoor kleinere planeten nog moeilijker te detecteren zijn.
De truc voor Heller en het team van astronomen was om een ander of misschien 'slimmer' algoritme te ontwikkelen dat rekening houdt met de lichtcurve van een ster. Voor een waarnemer als Kepler is het midden van de ster het helderst en veroorzaken grote planeten een zeer duidelijke, snelle verduistering van het licht. Maar hoe zit het met de rand of ledemaat van een ster. Was het mogelijk dat doorgangen van kleinere planeten onopgemerkt bleven in dat schemerige licht?
Door de gevoeligheid van het zoekalgoritme te verbeteren, kon het team die vraag beantwoorden met een overtuigend 'ja'.
'In de meeste planetaire systemen die we hebben bestudeerd, zijn de nieuwe planeten de kleinste.'
Kai Rodenbeck, Universiteit van Göttingen, MPS.
"Ons nieuwe algoritme helpt om een realistischer beeld te krijgen van de exoplaneetpopulatie in de ruimte", vat Michael Hippke van Sonneberg Observatory samen. "Deze methode is een belangrijke stap voorwaarts, vooral in de zoektocht naar aardachtige planeten."
Het resultaat? "In de meeste van de planetaire systemen die we hebben bestudeerd, zijn de nieuwe planeten de kleinste", zegt co-auteur Kai Rodenbeck van de Universiteit van Göttingen en Max Planck Institute for Solar System Research. Ze vonden niet alleen nog eens 18 planeten ter grootte van de aarde, maar ze vonden ook de kleinste exoplaneet tot nu toe, slechts 69% van de grootte van de aarde. En de grootste van de 18 is nauwelijks tweemaal zo groot als de aarde. Dit staat in schril contrast met de meeste exoplaneten die door Kepler worden gevonden, die zich in het groottebereik van Jupiter en Saturnus bevinden.
Deze nieuwe planeten zijn niet alleen klein, maar ze staan ook dichter bij hun sterren dan hun eerder ontdekte broers en zussen. Het nieuwe algoritme geeft ons dus niet alleen een nauwkeuriger beeld van de exoplanetenpopulaties naar grootte, het geeft ons ook een duidelijker beeld van hun banen.
Vanwege de nabijheid van hun sterren zijn de meeste van deze planeten branders met oppervlaktetemperaturen van meer dan 100 graden Celsius en sommige van meer dan 1000 graden Celsius. Maar er is één uitzondering: een van hen draait om een rode dwergster en lijkt zich in de bewoonbare zone te bevinden, waar vloeibaar water kan blijven bestaan.
Er zijn mogelijk meer kleinere exoplaneten verborgen in de Kepler-gegevens. Tot nu toe hebben Heller en zijn team hun nieuwe techniek alleen gebruikt op enkele van de sterren die door Kepler zijn onderzocht. Ze richtten zich op iets meer dan 500 Kepler-sterren waarvan al bekend was dat ze exoplaneten hosten. Wat zullen ze vinden als ze de andere 200.000 sterren onderzoeken?
Het is een wetenschappelijk feit dat elke methode om iets te meten een inherente steekproefbias heeft. Het is een van de beperkingen in elk wetenschappelijk onderzoek. Het team achter dit nieuwe exoplanet-algoritme erkent volledig dat hun methode ook een steekproefbias kan bevatten.
Kleinere planeten in verder verwijderde banen kunnen een zeer lange omlooptijd hebben. In ons zonnestelsel heeft Pluto 248 jaar nodig om één baan rond de zon te voltooien. Om zo'n planeet te detecteren, kan het tot 248 jaar duren voordat we een doorgang hebben gedetecteerd.
Toch projecteren ze dat ze in de rest van de Kepler-gegevens meer dan 100 andere exoplaneten ter grootte van de aarde zullen vinden. Dat zijn er nogal wat, maar het kan een bescheiden schatting zijn, aangezien de Kepler-gegevens meer dan 200.000 sterren omvatten.
De kracht van het nieuwe zoekalgoritme zal verder reiken dan de Kepler-gegevens. Volgens prof. Dr. Laurent Gizon, algemeen directeur van de MPS, kunnen toekomstige missies op planeetjacht het ook gebruiken om hun resultaten te verfijnen. "Deze nieuwe methode is ook bijzonder nuttig ter voorbereiding op de aanstaande PLATO-missie (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) die in 2026 door de European Space Agency wordt gelanceerd", aldus prof. Gizon.
Het team publiceerde hun resultaten in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics. Hun artikel is getiteld 'Transit least-squares survey. II. Ontdekking en validatie van 17 nieuwe sub- tot superaarde planeten in multi-planet systemen van K2. ”
