In de afgelopen dertig jaar zijn buiten ons zonnestelsel duizenden extra-zonneplaneten ontdekt. Ze zijn voor het grootste deel gedetecteerd door de Kepler Ruimtetelescoop met behulp van een techniek genaamd Transit Photometry. Voor deze methode meten astronomen periodieke dalingen in de helderheid van een ster - die het resultaat zijn van planeten die voor hen passeren ten opzichte van een waarnemer - om de aanwezigheid van planeten te bevestigen.
Dankzij een nieuwe onderzoeksinspanning, uitgevoerd door een team van professionele en amateurastronomen, werd onlangs iets veel kleiner ontdekt dan planeten in een baan om een verre ster. Volgens een nieuwe studie gepubliceerd door het onderzoeksteam, werden zes exocomets waargenomen in een baan rond KIC 3542116, een spectrale F2V-ster op 800 lichtjaar van de aarde. Deze kometen zijn tot nu toe de kleinste objecten die de Transit Photometry-methode detecteren.
De studie met details over hun bevindingen, getiteld "Waarschijnlijk doorgaande exocomets gedetecteerd door Kepler", verscheen onlangs in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Maatschappij. Het team, geleid door Saul Rappaport van het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT, bestond ook uit amateurastronomen, leden van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), de University of Texas, Northeastern University en NASA's Ames Research Center.
Het is voor het eerst dat Transit Fotometrie wordt gebruikt om objecten zo klein als kometen te detecteren. Deze kometen waren ballen van ijs en stof - vergelijkbaar in grootte met de komeet van Halley - waarvan werd vastgesteld dat ze met snelheden van ongeveer 160.934 km / h (100.000 mph) reisden voordat ze verdampten. De onderzoekers konden ze detecteren door hun staarten uit te plukken, de wolken stof en gas die ontstaan wanneer kometen dichter bij hun ster komen en beginnen te sublimeren.
Dit was geen gemakkelijke taak, aangezien de staarten slechts ongeveer een tiende van 1% van het licht van de ster konden verduisteren. Zoals Saul Rappaport, die ook emeritus hoogleraar natuurkunde is aan het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, uitlegde in een MIT-persbericht:
"Het is verbazingwekkend dat iets dat enkele ordes van grootte kleiner is dan de aarde kan worden gedetecteerd door het feit dat het veel puin uitstraalt. Het is behoorlijk indrukwekkend om zoiets kleins te zien, zo ver weg. "
De eer voor de oorspronkelijke detectie gaat naar Thomas Jacobs, een amateurastronoom die in Bellevue, Washington woont en lid is van Planet Hunters. Dit burgerwetenschapperproject werd voor het eerst opgezet door de Yale University en bestaat uit amateurastronomen die hun tijd hebben besteed aan het zoeken naar exoplaneten. Leden krijgen toegang tot gegevens van de Kepler Space Telescope in de hoop dat ze dingen zouden opmerken die computeralgoritmen zouden kunnen missen.
In januari begon Jacobs met het scannen van vier jaar aan verkregen gegevens Kepler‘S belangrijkste missie. Tijdens deze fase, die duurde van 2009 tot 2013, Kepler scande meer dan 200.000 sterren en voerde metingen uit van hun lichtkrommen. Na vijf maanden door de gegevens te hebben gezeefd (op 18 maart), merkte hij verschillende merkwaardige lichtpatronen op te midden van achtergrondgeluid afkomstig van KIC 3542116. Zoals Jacobs zei:
“Zoeken naar interessante objecten in de Kepler-gegevens vereist geduld, doorzettingsvermogen en doorzettingsvermogen. Voor mij is het een vorm van schatzoeken, wetende dat er een interessante gebeurtenis wacht om ontdekt te worden. Het draait allemaal om verkenning en op jacht zijn waar maar weinigen eerder hebben gereisd. ”
In het bijzonder was Jacobs op zoek naar tekenen van enkele transits, die niet lijken op die veroorzaakt door planeten die in een baan om een ster draaien (d.w.z. periodiek). Terwijl hij naar KIC 3542116 keek, merkte hij drie enkele transits op en waarschuwde vervolgens Rappaport en Andrew Vanderburg, als astrofysicus aan de Universiteit van Texas en lid van de CfA. Jacobs had in het verleden met beide mannen gewerkt en wilde hun mening over deze bevindingen.
Zoals Rapport al zei, was het interpreteren van de gegevens uitdagend, maar lonend. Aanvankelijk merkten ze op dat de lichtkrommen niet leken op die veroorzaakt door planetaire transits, die worden gekenmerkt door een plotselinge en scherpe daling van het licht, gevolgd door een scherpe stijging. Na verloop van tijd merkte Rapport op dat de asymmetrie in de drie lichtkrommen leek op die van gedesintegreerde planeten, die ze eerder hadden waargenomen.
"We hebben hier een maand op gezeten, omdat we niet wisten wat het was - planeetdoorvoeren zien er niet zo uit", zei Rappaport. "Toen kwam het bij me op dat‘ Hé, deze eruit zien als iets dat we eerder hebben gezien ’... We dachten dat het enige lichaam dat hetzelfde zou kunnen doen en niet zou herhalen, een lichaam is dat uiteindelijk uiteindelijk vernietigd wordt. Het enige dat bij de rekening past en een massa heeft die klein genoeg is om vernietigd te worden, is een komeet. '
Op basis van hun berekeningen, waaruit bleek dat elke komeet ongeveer een tiende van 1% van het licht van de ster blokkeerde, concludeerde het onderzoeksteam dat de komeet waarschijnlijk volledig uit elkaar viel, waardoor een stofspoor ontstond dat voldoende was om licht enkele maanden eerder te blokkeren Het verdween. Na aanvullende waarnemingen te hebben gedaan, constateerden ze in dezelfde periode nog drie doorgangen die vergelijkbaar waren met die welke door Jacobs waren opgemerkt.
Het feit dat deze zes exocometen de afgelopen vier jaar heel dicht bij hun ster lijken te zijn gekomen, roept een aantal interessante vragen op, en het beantwoorden ervan zou drastische gevolgen kunnen hebben voor extra-zonne-onderzoek. Het kan ook ons begrip van ons eigen zonnestelsel bevorderen. Zoals Vanderburg uitlegde:
'Waarom zijn er zoveel kometen in de binnenste delen van deze zonnestelsels? Is dit een extreem bombardementstijdperk in deze systemen? Dat was een heel belangrijk onderdeel van onze eigen zonnestelselformatie en heeft mogelijk water naar de aarde gebracht. Misschien zou het bestuderen van exocometen en uitzoeken waarom ze rond dit type ster worden gevonden ... ons enig inzicht kunnen geven in hoe bombardementen in andere zonnestelsels plaatsvinden. ”
Tussen 4,1 en 3,8 miljard jaar geleden beleefde het zonnestelsel ook een periode van intense komeetactiviteit die bekend staat als het laat-zware bombardement. Gedurende deze tijd wordt aangenomen dat asteroïden en kometen regelmatig invloed hebben gehad op lichamen in het binnenste zonnestelsel. Interessant genoeg wordt aangenomen dat deze periode van hevig bombardement verantwoordelijk was voor de distributie van water naar de aarde en de andere terrestrische planeten.
Zoals opgemerkt, behoort KIC 3542116 tot het spectrale type F2V, een geelwitte klasse van sterren die doorgaans 1 tot 1,4 keer zo zwaar is als onze zon en vrij helder. Omdat het qua grootte en massa vergelijkbaar is met onze zon, is het mogelijk dat de bombardementsperiode die het doormaakt vergelijkbaar is met wat het zonnestelsel heeft doorgemaakt. Kijken hoe het zich ontvouwde, zou ons daarom veel kunnen vertellen over hoe soortgelijke activiteit de evolutie van ons zonnestelsel miljarden jaren geleden heeft beïnvloed.
Naast de betekenis van de studie voor de studie van astrofysica en astronomie, toont het ook de belangrijke rol aan die burgerwetenschappers tegenwoordig spelen. Zonder het onvermoeibare werk van Jacobs, die Kepler-gegevens doorzoekt tussen zijn dagelijkse werk en in het weekend, zou deze ontdekking niet mogelijk zijn geweest.
"Ik zou 10 soorten dingen kunnen noemen die deze mensen hebben gevonden in de Kepler-gegevens die algoritmen niet konden vinden, vanwege de patroonherkenningscapaciteit in het menselijk oog", zei Rappaport. 'Je zou nu een computeralgoritme kunnen schrijven om dit soort komeetvorm te vinden. Maar ze werden gemist bij eerdere zoekopdrachten. Ze waren diep genoeg, maar hadden niet de juiste vorm die in algoritmen was geprogrammeerd. Ik denk dat het eerlijk is om te zeggen dat dit nooit door een algoritme zou zijn gevonden. "
In de toekomst verwacht het onderzoeksteam dat de implementatie Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - die zal worden geleid door MIT - het soort onderzoek van Kepler zal blijven uitvoeren.
