In den letzten zehn Jahren hat sich die Entdeckung extrasolarer Planeten immens beschleunigt. Miteinander ausgehen, 4.424 Exoplaneten wurden in 3.280 Sternensystemen bestätigt, weitere 7.453 warten auf Bestätigung. Bisher waren die meisten dieser Planeten Gasriesen, wobei etwa 66% Jupiter oder Neptun ähnlich waren, während weitere 30% riesige Gesteinsplaneten (auch bekannt als „Super-Erden“) waren. Nur ein kleiner Bruchteil der bestätigten Exoplaneten (weniger als 4%) hat eine ähnliche Größe wie die Erde.
Nach neuen Forschungen von Astronomen, die bei NASA Ames Forschungszentrum , ist es möglich, dass erdgroße Exoplaneten häufiger als bisher gedacht. Wie sie in einer kürzlich durchgeführten Studie zeigten, könnte es in Doppelsternsystemen doppelt so viele felsige Exoplaneten geben, die von der Blendung ihrer Elternsterne verdeckt werden. Diese Ergebnisse könnten drastische Auswirkungen auf die Suche nach potenziell bewohnbaren Welten haben, da etwa die Hälfte aller Sterne Doppelsysteme sind.
Für ihre Studie untersuchte das Forschungsteam 517 Sterne, die Exoplaneten beherbergen, die von der NASA identifiziert wurden Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) während seiner dreijährigen Betriebszeit. Im Vergleich zu Daten der Zwillingsteleskope der internationalen Gemini-Observatorium und der WIYN 3,5-Meter-Teleskop Am Kitt Peak National Observatory fanden sie heraus, dass über 100 dieser Sterne wahrscheinlich einen binären Begleiter hatten.
Eine künstlerische Darstellung des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Das Papier, das ihre Ergebnisse beschreibt, wurde zur Veröffentlichung in der Astronomisches Journal . Dr. Kathryn Lester, Postdoktorandin am NASA Ames Research Center, leitete die Forschungsarbeit mit Unterstützung von Kollegen von NASA Ames, dem US-Marineobservatorium , das NASA Exoplanet Science Institute , das Nationales Forschungslabor für optische Infrarot-Astronomie der NSF (NOIRLab), die Lowell-Observatorium , sowie Georgia State und Standford University.
Das Problem mit Transits
Bis heute ist die überwiegende Mehrheit der bestätigten Exoplaneten ( ca. 75% ) wurden mithilfe der . entdeckt Transitmethode (auch bekannt als Transit-Photometrie). Dies besteht darin, Sterne auf periodische Einbrüche in ihrer Helligkeit zu beobachten, die das Ergebnis eines Planeten sein können, der relativ zum Beobachter vor ihrem Gesicht vorbeizieht (durchläuft). Wie sein Vorgänger Kepler , TESSverlässt sich auf die Transit-Methode, um die Anwesenheit von Exoplanetensystemen um Tausende von Sternen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen.
Leider waren binäre Begleiter immer eine Herausforderung, wenn es darum ging, Exoplaneten im Transit zu erkennen. Die Transitphotometrie erfordert, dass Sternsysteme von der Kante aus beobachtet werden, damit Exoplaneten entdeckt werden können. Aber in Doppelsternsystemen, in denen zwei Sterne umeinander kreisen, kommt es regelmäßig zu Helligkeitseinbrüchen und sind das Ergebnis davon, dass ein Begleiter den anderen verdunkelt.
Infolgedessen kann es sehr schwierig sein, kleinere Exoplaneten zu entdecken, die näher um ihre Sterne kreisen, wo Astronomen erwarten, dass sie Gesteinsplaneten in der zirkumsolaren Habitable Zone (HZ) der Sterne finden. Stattdessen wird die Verwendung der Transitmethode mit Doppelsternsystemen wahrscheinlich nur Gasriesen und/oder Planeten enthüllen, die von ihren Muttersternen entfernte Umlaufbahnen haben. Aus diesem Grund wollten Dr. Lester und ihre Kollegen herausfinden, ob einige der Sterne, die den Exoplaneten beherbergen, tatsächlich Doppelsterne waren.
Auf der Suche nach stellaren Gefährten
Das Team verließ sich auf eine Technik namens Speckle-Bildgebung , wo eine große Anzahl von Bildern mit kurzer Belichtung kombiniert und analysiert werden, um die Auflösung von bodengestützten Teleskopen (ähnlich der Interferometrie) erheblich zu verbessern. Von den 517 TESS Objects of Interest (TOIs), die sie untersuchten, fanden sie heraus, dass 73 Exoplaneten-Wirtssterne, die zuvor als einzelner Lichtpunkt erschienen waren, tatsächlich einen stellaren Begleiter hatten.
Sie fanden auch heraus, dass 29 TOI-Sterne, die in der Vergangenheit falsch positive Ergebnisse erzeugt hatten, auch stellare Begleiter hatten. sagte Dr. Lester kürzlich in einem NOIRLab Pressemitteilung :
„Mit den 8,1-Meter-Teleskopen des Gemini-Observatoriums haben wir extrem hochauflösende Bilder von Exoplaneten-Wirtssternen erhalten und stellare Begleiter in sehr kleinen Abständen entdeckt… Da sich etwa 50 % der Sterne in Doppelsternsystemen befinden, könnten wir die Entdeckung von – und die Chance zu studieren – viele erdähnliche Planeten.“
Der nächste Schritt bestand darin, die in diesen Systemen entdeckten Exoplaneten mit den Größen der in Einzelsternsystemen entdeckten Exoplaneten zu vergleichen. Daraus konnte das Team zeigen, dass die Raumsonde TESS zwar in der Lage war, sowohl Jupiter- und Neptun-ähnliche („große“) Exoplaneten als auch Supererden und erdähnliche („kleine“) Exoplaneten zu identifizieren, die einzelne Sterne umkreisen nur große Planeten in Doppelsternsystemen.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es in Doppelsystemen eine Population erdgroßer Exoplaneten geben könnte, die von Missionen wie . unentdeckt geblieben sindTESS,Kepler, und andere Exoplaneten-Durchmusterungen, die auf Transit-Photometrie basieren. Wissenschaftler vermuten seit einiger Zeit, dass bei Transitdurchmusterungen kleine Planeten in Doppelsternsystemen wegen möglicher Interferenzen durch einen Begleitstern vermisst werden.
Diese neue Studie liefert jedoch die erste Beobachtungsunterstützung für diesen Verdacht und zeigt auch, welche Art von Exoplaneten betroffen sind. Es ist auch deshalb von Bedeutung, weil die Transit-Methode bisher als das effektivste Mittel zur Erkennung von Exoplaneten angesehen wurde – sie macht 3343 der 4424 bestätigten Exoplaneten aus. Aber wenn diese Ergebnisse stimmen, könnte es bis zu 1600 felsige Exoplaneten geben, die bei Transitmessungen übersehen wurden.
Dies bedeutet, dass sich Astronomen in Zukunft auf eine Vielzahl von Beobachtungstechniken verlassen müssen, bevor sie zu dem Schluss kommen, dass ein Doppelsystem keine erdähnlichen Planeten hat. Wie Dr. Lester sagte:
'Da sich etwa 50 % der Sterne in Doppelsternsystemen befinden, könnten wir die Entdeckung – und die Chance, sie zu studieren – vieler erdähnlicher Planeten verpassen. Astronomen müssen wissen, ob ein Stern ein einzelner oder ein binärer Stern ist, bevor sie behaupten, dass in diesem System keine kleinen Planeten existieren.Wenn es sich um einen einzelnen handelt, könnte man sagen, dass es keine kleinen Planeten gibt. Aber wenn sich der Wirt in einem Doppelstern befindet, wissen Sie nicht, ob ein kleiner Planet vom Begleitstern verdeckt wird oder überhaupt nicht existiert. Sie würden mehr Beobachtungen mit einer anderen Technik benötigen, um das herauszufinden.'
„Wir haben gezeigt, dass es in Doppelsystemen schwieriger ist, erdgroße Planeten zu finden, weil kleine Planeten im Licht ihrer beiden Elternsterne verloren gehen“, fügte hinzu Dr. Steve Howell , dem Leiter der Speckle-Imaging-Arbeit bei NASA Ames und Co-Autor des Papiers. „Ihre Transite werden vom Licht des Begleitsterns ‚ausgefüllt‘. Dies ist eine wichtige Erkenntnis in der Exoplaneten-Arbeit. Die Ergebnisse werden Theoretikern helfen, ihre Modelle für die Entstehung und Entwicklung von Planeten in Doppelsternsystemen zu erstellen.“
Eine Illustration des zirkumbinären Planetensystems Kepler-47. Bildnachweis: NASA/JPL Caltech/T. Pyle
Ein weiterer Aspekt der Studie war, dass Dr. Lester und ihre Kollegen den Abstand zwischen binären Begleitern in Systemen analysierten, in denen TESS große Planeten entdeckte. Sie fanden heraus, dass Paare, die Exoplaneten beherbergen, normalerweise weiter auseinander liegen als binäre Paare, die keine Exoplaneten kennen. Dies könnte als Hinweis darauf gedeutet werden, dass sich keine Planeten um Sterne bilden, die nahe stellare Begleiter haben.
In Zukunft könnte dies verwendet werden, um zusätzliche Einschränkungen zu erlassen, wo Astronomen nach Gesteinsplaneten suchen sollten. Die von Dr. Lester und ihrem Team durchgeführte Speckle-Imaging-Studie veranschaulicht auch, wie Exoplanetenstudien von der Exoplaneten-Entdeckung zur Charakterisierung übergehen. Neben der Charakterisierung von Exoplanetenatmosphären und Oberflächenumgebungen besteht auch die entscheidende Aufgabe, Planetensysteme zu charakterisieren.
Indem Astronomen und Astrobiologen wissen, welche Arten von Sternen am ehesten felsige Exoplaneten unterstützen, können sie die Suche nach Planeten eingrenzen, die für „Leben, wie wir es kennen“ am besten geeignet sind.
Weiterlesen: Schwarzes Labor