Wissenschaftler, die mit Daten aus der Kepler-Mission arbeiten, haben weitere 18 erdgroße Welten entdeckt. Das Team verwendete eine neuere, strengere Methode zum Durchsuchen der Daten, um diese Planeten zu finden. Unter den 18 ist der kleinste Exoplanet, der jemals gefunden wurde.
Die Kepler-Mission war sehr erfolgreich und wir kennen jetzt mehr als 4.000 Exoplaneten in fernen Sonnensystemen. In den Kepler-Daten liegt jedoch ein verstandener Stichprobenfehler vor: Für das Raumschiff war es einfacher, große als kleine Planeten zu finden. Die meisten Kepler-Exoplaneten sind riesige Welten, deren Größe den Gasriesen Jupiter und Saturn nahe kommt.
Es ist leicht zu verstehen, warum dies so ist. Offensichtlich sind größere Objekte leichter zu finden als kleinere Objekte. Ein Team von Wissenschaftlern in Deutschland hat jedoch eine Methode entwickelt, um Keplers Daten zu durchsuchen, und sie haben 18 kleine Planeten gefunden, die ungefähr so groß wie die Erde sind. Dies ist von Bedeutung.
"Unser neuer Algorithmus hilft dabei, ein realistischeres Bild der Exoplanetenpopulation im Weltraum zu zeichnen."
Michael Hippke, Observatorium Sonneberg.
Falls Sie nicht mit Planetenjagdtechniken und speziell mit dem Kepler-Raumschiff vertraut sind, wurde die sogenannte "Transitmethode" zum Auffinden von Planeten verwendet. Jedes Mal, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeikommt, spricht man von einem Transit. Kepler war fein abgestimmt, um den Abfall des Sternenlichts zu erkennen, der durch den Transit eines Exoplaneten verursacht wurde.
Der Abfall des Sternenlichts ist winzig und sehr schwer zu erkennen. Aber Kepler wurde zu diesem Zweck gebaut. Das Kepler-Raumschiff könnte in Kombination mit Nachbeobachtungen mit anderen Teleskopen auch die Größe des Planeten bestimmen und sogar einen Hinweis auf die Dichte des Planeten und andere Eigenschaften erhalten.
Wissenschaftler vermuteten stark, dass die Kepler-Daten aufgrund der Stichprobenverzerrung nicht repräsentativ für die Population der Exoplaneten waren. Es kommt darauf an, wie Kepler die Transitmethode verwendet, um Exoplaneten zu finden.
Da Kepler über 200.000 Sterne untersuchte, um Einbrüche im Sternenlicht zu erkennen, die durch Transit-Exoplaneten verursacht wurden, musste ein Großteil der Analyse der Kepler-Daten von Computern durchgeführt werden. (Es gibt nicht genug verarmte Astronomiestudenten auf der Welt, um die Arbeit zu erledigen.) Daher verließen sich Wissenschaftler auf Algorithmen, um die Kepler-Daten für Transite zu kämmen.
„Standard-Suchalgorithmen versuchen, plötzliche Helligkeitsabfälle zu identifizieren“, erklärt Dr. René Heller von MPS, Erstautor der aktuellen Veröffentlichungen. „In Wirklichkeit erscheint eine Sternscheibe am Rand jedoch etwas dunkler als in der Mitte. Wenn sich ein Planet vor einem Stern bewegt, blockiert er daher zunächst weniger Sternenlicht als zur Mitte des Transits. Die maximale Verdunkelung des Sterns erfolgt in der Mitte des Transits, kurz bevor der Stern allmählich wieder heller wird “, erklärt er.
Hier wird die Erkennung von Exoplaneten schwierig. Ein größerer Planet verursacht nicht nur einen größeren Helligkeitsabfall als ein kleinerer Planet, sondern die Helligkeit eines Sterns schwankt natürlich auch, wodurch kleinere Planeten noch schwerer zu erkennen sind.
Der Trick für Heller und das Team von Astronomen bestand darin, einen anderen oder vielleicht „intelligenteren“ Algorithmus zu entwickeln, der die Lichtkurve eines Sterns berücksichtigt. Für einen Beobachter wie Kepler ist die Mitte des Sterns die hellste, und große Planeten bewirken eine sehr deutliche, schnelle Verdunkelung des Lichts. Aber was ist mit der Kante oder dem Glied eines Sterns? War es möglich, dass Transite kleinerer Planeten in diesem dunkleren Licht unentdeckt blieben?
Durch die Verbesserung der Empfindlichkeit des Suchalgorithmus konnte das Team diese Frage mit einem überzeugenden „Ja“ beantworten.
"In den meisten von uns untersuchten Planetensystemen sind die neuen Planeten die kleinsten."
Kai Rodenbeck, Universität Göttingen, MPS.
„Unser neuer Algorithmus hilft dabei, ein realistischeres Bild der Exoplanetenpopulation im Weltraum zu zeichnen“, fasst Michael Hippke vom Sonneberg-Observatorium zusammen. "Diese Methode ist ein bedeutender Fortschritt, insbesondere bei der Suche nach erdähnlichen Planeten."
Das Ergebnis? "In den meisten von uns untersuchten Planetensystemen sind die neuen Planeten die kleinsten", sagte Co-Autor Kai Rodenbeck von der Universität Göttingen und das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Sie fanden nicht nur weitere 18 erdgroße Planeten, sondern auch den kleinsten Exoplaneten, nur 69% der Erdgröße. Und der größte der 18 ist kaum doppelt so groß wie die Erde. Dies steht in scharfem Kontrast zu den meisten Exoplaneten von Kepler, die im Größenbereich von Jupiter und Saturn liegen.
Diese neuen Planeten sind nicht nur klein, sondern auch näher an ihren Sternen als ihre zuvor entdeckten Geschwister. Der neue Algorithmus liefert uns nicht nur ein genaueres Bild der Exoplanetenpopulationen nach Größe, sondern auch ein klareres Bild ihrer Umlaufbahnen.
Aufgrund ihrer Nähe zu ihren Sternen sind die meisten dieser Planeten Scorcher mit Oberflächentemperaturen von über 100 Grad Celsius und einige von mehr als 1.000 Grad Celsius. Es gibt jedoch eine Ausnahme: Einer von ihnen umkreist einen roten Zwergstern und scheint sich in der bewohnbaren Zone zu befinden, in der möglicherweise flüssiges Wasser verbleibt.
In den Kepler-Daten sind möglicherweise mehr kleinere Exoplaneten versteckt. Bisher haben Heller und sein Team ihre neue Technik nur bei einigen der von Kepler untersuchten Sterne angewendet. Sie konzentrierten sich auf etwas mehr als 500 Kepler-Sterne, von denen bereits bekannt war, dass sie Exoplaneten beherbergen. Was werden sie finden, wenn sie die anderen 200.000 Sterne untersuchen?
Es ist eine wissenschaftliche Tatsache, dass jede Methode zur Messung von etwas eine inhärente Stichprobenverzerrung aufweist. Dies ist eine der Einschränkungen in jeder wissenschaftlichen Studie. Das Team hinter diesem neuen Exoplaneten-Algorithmus erkennt voll und ganz an, dass seine Methode auch eine Stichprobenverzerrung enthalten kann.
Kleinere Planeten in weiter entfernten Umlaufbahnen können sehr lange Umlaufzeiten haben. In unserem Sonnensystem benötigt Pluto 248 Jahre, um eine Umlaufbahn um die Sonne zu vollenden. Um einen solchen Planeten zu entdecken, kann es bis zu 248 Jahre dauern, bis wir einen Transit entdeckt haben.
Trotzdem gehen sie davon aus, dass sie in den restlichen Kepler-Daten mehr als 100 andere erdgroße Exoplaneten finden werden. Das sind einige, könnte aber eine bescheidene Schätzung sein, wenn man bedenkt, dass die Kepler-Daten über 200.000 Sterne umfassen.
Die Stärke des neuen Suchalgorithmus geht über die Kepler-Daten hinaus. Laut Prof. Dr. Laurent Gizon, Geschäftsführer der MPS, können zukünftige Planetenjagd-Missionen damit auch ihre Ergebnisse verfeinern. "Diese neue Methode ist auch besonders nützlich, um sich auf die bevorstehende PLATO-Mission (PLAnetary Transits and Oscillations of Stars) vorzubereiten, die 2026 von der Europäischen Weltraumorganisation gestartet werden soll", sagte Prof. Gizon.
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics. Ihr Artikel trägt den Titel „Transit Least-Squares Survey. II. Entdeckung und Validierung von 17 neuen Planeten in Sub- bis Supererdengröße in Mehrplanetensystemen von K2. “
