W ciągu ostatnich trzydziestu lat odkryto tysiące planet pozasłonecznych poza naszym Układem Słonecznym. W większości zostały one wykryte przez Kepler Kosmiczny Teleskop za pomocą techniki zwanej fotometrią tranzytową. W tej metodzie astronomowie mierzą okresowe zapady w jasności gwiazdy - które są wynikiem przemieszczania się planet przed nimi względem obserwatora - w celu potwierdzenia obecności planet.
Dzięki nowym wysiłkom badawczym przeprowadzonym przez zespół zawodowych i amatorskich astronomów niedawno wykryto coś znacznie mniejszego niż planeta krążąca wokół odległej gwiazdy. Według nowego badania opublikowanego przez zespół badawczy zaobserwowano sześć egzocometów krążących wokół KIC 3542116, gwiazdy widmowej typu F2V zlokalizowanej 800 lat świetlnych od Ziemi. Komety te są jak dotąd najmniejszymi obiektami wykrywającymi metodę fotometrii tranzytowej.
Badanie, które szczegółowo opisuje ich odkrycia, zatytułowane „Prawdopodobne tranzytowe egzocomety wykryte przez Keplera”, niedawno pojawiło się w Miesięczne powiadomienia o Royal Astronomical Społeczeństwo. Zespół kierowany przez Saula Rappaporta z Instytutu Astrofizyki i Badań Kosmicznych MIT, zespół składał się również z astronomów amatorów, członków Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), University of Texas, Northeastern University oraz NASA's Ames Research Center.
Po raz pierwszy fotometria tranzytowa została użyta do wykrycia obiektów tak małych jak komety. Komety te były kulkami lodu i pyłu - wielkości porównywalnej z Kometą Halleya - które odkryły, że podróżowały z prędkością około 160 934 km / h (100 000 mil / h) przed odparowaniem. Naukowcy byli w stanie je wykryć, wybierając ich ogony, chmury pyłu i gazu, które powstają, gdy komety zbliżają się do swojej gwiazdy i zaczynają sublimować.
Nie było to łatwe zadanie, ponieważ ogony zdołały przysłonić tylko około jednej dziesiątej 1% światła gwiazdy. Jak Saul Rappaport, który jest również emerytowanym profesorem fizyki w Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, wyjaśnił w komunikacie prasowym MIT:
„To niesamowite, że można wykryć coś o kilka rzędów wielkości mniejszego niż Ziemia, ponieważ emituje dużo śmieci. To dość imponujące, że można zobaczyć coś tak małego, tak daleko ”.
Podziękowania za pierwotne wykrycie należą Thomas Jacobs, astronom amator, który mieszka w Bellevue w stanie Waszyngton i jest członkiem Planet Hunters. Ten obywatelski projekt naukowy został po raz pierwszy założony przez Uniwersytet Yale i składa się z amatorskich astronomów, którzy poświęcili swój czas na poszukiwania egzoplanet. Członkowie mają dostęp do danych z Kosmiczny Teleskop Keplera w nadziei, że zauważą rzeczy, których algorytmy komputerowe mogą przegapić.
W styczniu Jacobs rozpoczął skanowanie czterech lat danych uzyskanych podczas KeplerGłówna misja. Podczas tej fazy, która trwała od 2009 do 2013 roku, Kepler zeskanował ponad 200 000 gwiazd i przeprowadził pomiary ich krzywych świetlnych. Po pięciu miesiącach przeszukiwania danych (18 marca) zauważył kilka ciekawych wzorów światła wśród szumu tła pochodzącego z KIC 3542116. Jak powiedział Jacobs:
„Poszukiwanie interesujących danych Keplera wymaga cierpliwości, wytrwałości i wytrwałości. Dla mnie jest to forma poszukiwania skarbów, wiedząc, że czeka na nich ciekawe wydarzenie. Chodzi o eksplorację i polowanie, na które niewielu podróżowało wcześniej. ”
W szczególności Jacobs szukał oznak pojedynczych tranzytów, które nie są podobne do tych, które są spowodowane przez planety krążące wokół gwiazdy (tj. Okresowe). Patrząc na KIC 3542116, zauważył trzy pojedyncze tranzyty, a następnie zaalarmował Rappaporta i Andrew Vanderburga, jako astrofizyk z University of Texas i członek CfA. Jacobs w przeszłości pracował z oboma mężczyznami i chciał ich opinii na temat tych ustaleń.
Jak przypomniał Rapport, proces interpretacji danych był trudny, ale satysfakcjonujący. Początkowo zauważyli, że krzywe świetlne nie przypominają tych powodowanych przez tranzyty planetarne, które charakteryzują się nagłym i ostrym spadkiem światła, po którym następuje gwałtowny wzrost. Z czasem Rapport zauważył asymetrię w trzech krzywych świetlnych przypominającą te rozpadających się planet, które zaobserwowali wcześniej.
„Siedzieliśmy nad tym przez miesiąc, ponieważ nie wiedzieliśmy, co to jest - tranzyty planet nie wyglądają tak”, powiedział Rappaport. „Potem przyszło mi do głowy, że„ Hej, wyglądają jak coś, co widzieliśmy wcześniej ”… Pomyśleliśmy, że jedynym rodzajem ciała, które może zrobić to samo, a nie powtórzyć się, jest ciało, które prawdopodobnie zostanie ostatecznie zniszczone. Jedyną rzeczą, która pasuje do ustawy i ma wystarczająco małą masę, aby ją zniszczyć, jest kometa. ”
Na podstawie obliczeń wskazujących, że każda kometa blokowała około jednej dziesiątej 1% światła gwiazdy, zespół badawczy stwierdził, że kometa prawdopodobnie całkowicie się rozpadła, tworząc ślad pyłu wystarczający do zablokowania światła na kilka miesięcy przed zniknęło. Po przeprowadzeniu dodatkowych obserwacji zauważyli również trzy kolejne tranzyty w tym samym okresie czasu, które były podobne do tych zauważonych przez Jacobsa.
Fakt, że te sześć egzokometów przeleciało bardzo blisko swojej gwiazdy w ciągu ostatnich czterech lat, rodzi kilka interesujących pytań, a udzielenie im odpowiedzi może mieć drastyczne konsekwencje dla badań pozasłonecznych. Mogłoby to również poprawić nasze zrozumienie naszego Układu Słonecznego. Jak wyjaśnił Vanderburg:
„Dlaczego jest tak wiele komet w wewnętrznych częściach tych układów słonecznych? Czy to ekstremalna era bombardowań w tych systemach? To była naprawdę ważna część naszego tworzenia się Układu Słonecznego i mogła przynieść wodę na Ziemię. Może badanie egzocometów i ustalenie, dlaczego występują wokół tego rodzaju gwiazdy… może dać nam wgląd w to, jak bombardowanie zachodzi w innych układach słonecznych. ”
Między 4,1 a 3,8 miliarda lat temu Układ Słoneczny doświadczył również okresu intensywnej działalności kometowej znanej jako późne ciężkie bombardowanie. W tym czasie uważa się, że asteroidy i komety regularnie oddziaływały na ciała w wewnętrznym Układzie Słonecznym. Co ciekawe, uważa się, że ten okres ciężkich bombardowań był odpowiedzialny za dystrybucję wody na Ziemię i inne planety lądowe.
Jak wspomniano, KIC 3542116 należy do typu widmowego F2V, żółto-białej klasy gwiazd, która jest zwykle 1 do 1,4 razy masywniejsza od naszego Słońca i dość jasna. Ponieważ jest porównywalny pod względem wielkości i masy do naszego Słońca, możliwe jest, że okres bombardowania, którego doświadcza, jest podobny do tego, przez jaki przeszedł Układ Słoneczny. Obserwowanie tego może zatem wiele powiedzieć o tym, jak podobna aktywność wpłynęła na ewolucję naszego Układu Słonecznego miliardy lat temu.
Oprócz znaczenia badania dla astrofizyki i astronomii, pokazuje on również ważną rolę, jaką odgrywają dziś naukowcy-obywatele. Gdyby nie niestrudzona praca Jacobsa, który przegląda dane Keplera między pracą w dzień a weekendami, odkrycie to nie byłoby możliwe.
„Mógłbym wymienić 10 rodzajów rzeczy, które ci ludzie znaleźli w danych Keplera, których algorytmy nie mogły znaleźć, ze względu na zdolność rozpoznawania wzorców w ludzkim oku”, powiedział Rappaport. „Możesz teraz napisać algorytm komputerowy, aby znaleźć tego rodzaju kształt komety. Ale przeoczono je we wcześniejszych poszukiwaniach. Były wystarczająco głębokie, ale nie miały odpowiedniego kształtu, który został zaprogramowany w algorytmach. Myślę, że można śmiało powiedzieć, że żaden algorytm tego nie znalazł. ”
W przyszłości zespół badawczy spodziewa się, że rozmieszczenie Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - które będzie prowadzone przez MIT - będzie nadal prowadzić badania prowadzone przez Keplera.
