Hoeveel exoplaneten zijn er? Nog niet zo lang geleden wisten we niet of die er waren. Toen ontdekten we er een paar rond pulsars. Toen werd het Kepler-ruimtevaartuig gelanceerd en ontdekte het er nog een paar duizend. Nu is NASA's TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) operationeel en een nieuwe studie voorspelt de bevindingen.
De bevindingen van Kepler gaven ons een beter idee van de soorten en aantallen planeten in andere zonnestelsels. Maar Kepler had zijn beperkingen en zijn eigen steekproefbias vanwege zijn meetmethoden. Kepler concentreerde zich ook slechts op één klein deel van de hemel, dat ongeveer 0,25% van de lucht omvat. Het is mogelijk, maar niet noodzakelijkerwijs waarschijnlijk, dat het kleine deel van de lucht waarop Kepler zich concentreerde, niet representatief is voor een groter monster.
TESS is veel anders dan Kepler, vooral in het gebied van de lucht dat het bedekt. Het zal een all-sky survey uitvoeren, in plaats van een survey gericht op een klein deel van de lucht. De nieuwe planeetjager van NASA zal zich ook richten op de helderste sterren. Dat komt omdat het belangrijkste wetenschappelijke doel is om planeten te vinden die groter zijn dan Neptunus en die om heldere sterren draaien. De sterren moeten helder zijn, zodat follow-up spectroscopische waarnemingen planeetmassa's en atmosferische composities kunnen bepalen.
Ook al hebben we geen consensus over hoe vaak exoplaneten voorkomen in termen van grootte en omloopperiodes, Kepler heeft ons laten zien dat exoplaneten vaak voorkomen. De meeste sterren hebben ze. Maar veel van de exoplaneten die Kepler vond, zijn extreem ver weg, van honderden tot duizenden parsecs. Gedetailleerde observaties zijn dus moeilijk tot onmogelijk. Aangezien Tess focust op dichterbij, helderdere sterren dichter bij de aarde, waardoor vervolgwaarnemingen met andere ‘scopes gemakkelijker worden gemaakt, zouden de resultaten representatiever en nauwkeuriger moeten zijn bij het bepalen van exoplanetenpopulaties.
Een nieuwe studie van Thomas Barclay van NASA en de Universiteit van Maryland, Joshua Pepper van Lehigh University en Elisa Quintana van NASA, heeft de resultaten van TESS voorspeld. Hun paper werd gepubliceerd in The Astrophysical Journal. De drie onderzoekers gebruikten wat we weten over de stellaire populatie en wat we weten over exoplaneetpopulaties, gecombineerd met de observatiemodi van TESS, om hun schattingen te maken.
Er zijn drie factoren in hun simulatie:
- Een simulatie van de stellaire populatie die TESS zal observeren.
- Een representatief voorbeeld van planeten die om die sterren draaien.
- Een voorspelling van hoeveel van die planeten TESS zal detecteren.
Hun schattingen worden een 'opbrengstsimulatie' genoemd en het is niet de eerste die astronomen hebben bedacht. Maar voordat we bij de cijfers komen, een vraag: waarom moeten we van tevoren weten wat TESS zal vinden?
Het antwoord daarop is om een voorsprong te krijgen op hoe een vervolgobservatieprogramma eruit zou kunnen zien. Astronomen plannen graag vooruit, omdat het observeren van bronnen zo dierbaar is. Ze willen niet wachten tot alle resultaten van TESS binnen zijn voordat ze nadenken over de volgende stappen. Of misschien zijn ze gewoon opgewonden als kinderen in een snoepverhaal. Een beetje van beide waarschijnlijk.
Barclay, Pepper en Quintana hebben hun simulatie 300 keer uitgevoerd om met hun voorspelde opbrengst te komen. Er zijn veel details in hun resultaten met betrekking tot het type ster dat de planeten in een baan om de aarde draaien, de verschillende observatiemodus die wordt gebruikt om te detecteren welke planeten, en hoe het zich allemaal verhoudt tot vervolgwaarnemingen. Maar in een kortere vorm, dit is wat de drie onderzoekers denken dat TESS zal vinden tijdens zijn geplande tweejarige missie:
- 14.000 exoplaneten in totaal
- 2100 van hen zullen kleiner zijn dan 4 Aardradius (4R), 280 van hen kleiner dan 2R
- 70 bewoonbare planeten in een baan rond rode dwergsterren, waarvan 9 kleiner dan 2R
- 10 aardachtige werelden kleiner dan 2R die zich in de bewoonbare zone van een ster als onze zon zouden kunnen bevinden
Dat is een behoorlijk opwindende trek. 14.000 exoplaneten, waarvan er 10 aardachtige werelden zouden kunnen zijn in de bewoonbare zone van een ster als de zon. Het betekent niet dat TESS dat zal vinden, maar het zou een goede benadering moeten zijn en een intrigerende. Vooral omdat, in tegenstelling tot Kepler, de exoplaneten van TESS het belangrijkste doelwit zijn voor verdere observatie en karakterisering.
Dit is niet de eerste opbrengstsimulatie voor TESS. Maar deze is gedaan met echte in plaats van gesimuleerde stellaire populatie, dus het zou nauwkeuriger moeten zijn. Een andere opbrengstsimulatie uit 2015 is hier te zien en een uit 2017 hier.
De simulatieopbrengsten laten zien dat we waarschijnlijk aardachtige planeten zullen vinden in bewoonbare zones. De meeste van hen zullen rond rode dwergen draaien, maar een klein aantal zou rond zonachtige sterren moeten staan. Dit is wat iedereen wil weten.
Maar misschien nog belangrijker is dat deze simulaties ons laten zien dat TESS haar missiedoel zal halen: een overvloed aan kleinere planeten dan Neptunus detecteren die in vervolgonderzoeken kunnen worden onderzocht om hun massa en atmosferische make-up te bepalen.
In beide gevallen ligt TESS op schema om solide resultaten te leveren.
- Onderzoekspaper: een herziene exoplaneetopbrengst van de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)
- Onderzoekspaper: DE DOORGELEIDENDE EXOPLANET-SATELLIET: SIMULATIES VAN PLANEETDETECTIES EN ASTROFYSISCHE VALSE POSITIEVEN
- Research Paper: Planet Detection Simulation voor verschillende mogelijke TESS Extended Missions
- NASA TESS Science Support Center
- NASA Kepler Mission Overzicht
- Wikipedia-vermelding: TESS
