In den letzten dreißig Jahren wurden Tausende von außersolaren Planeten jenseits unseres Sonnensystems entdeckt. Zum größten Teil wurden sie von der entdeckt Kepler Weltraumteleskop unter Verwendung einer Technik namens Transit Photometry. Bei dieser Methode messen Astronomen periodische Einbrüche in der Helligkeit eines Sterns, die das Ergebnis von Planeten sind, die relativ zu einem Beobachter vor ihnen vorbeiziehen, um die Anwesenheit von Planeten zu bestätigen.
Dank neuer Forschungsanstrengungen eines Teams von professionellen Astronomen und Amateurastronomen wurde kürzlich etwas entdeckt, das viel kleiner als Planeten ist und einen entfernten Stern umkreist. Einer neuen Studie des Forscherteams zufolge wurden sechs Exokometen beobachtet, die um KIC 3542116 kreisten, einen spektralen F2V-Stern, der 800 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Diese Kometen sind die bislang kleinsten Objekte, die die Transit-Photometrie-Methode erkennen.
Die Studie mit dem Titel „Wahrscheinlich durchlaufende Exokometen, die von Kepler entdeckt wurden“, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, erschien kürzlich in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Gesellschaft. Unter der Leitung von Saul Rappaport vom Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung des MIT bestand das Team auch aus Amateurastronomen, Mitgliedern des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA), der University of Texas, der Northeastern University und des Ames Research Center der NASA.
Dies ist das erste Mal, dass die Transitphotometrie verwendet wird, um Objekte zu erkennen, die so klein wie Kometen sind. Diese Kometen waren Kugeln aus Eis und Staub - vergleichbar groß wie Halleys Komet -, die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 160.934 km / h bewegten, bevor sie verdampften. Die Forscher konnten sie erkennen, indem sie ihre Schwänze heraussuchten, die Staub- und Gaswolken, die entstehen, wenn Kometen sich ihrem Stern nähern und anfangen zu sublimieren.
Dies war keine leichte Aufgabe, da die Schwänze nur etwa ein Zehntel von 1% des Lichts des Sterns verdeckten. Wie Saul Rappaport, der auch emeritierter Professor für Physik am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung ist, in einer MIT-Pressemitteilung erklärte:
"Es ist erstaunlich, dass etwas, das mehrere Größenordnungen kleiner als die Erde ist, nur daran erkannt werden kann, dass es viele Trümmer emittiert. Es ist ziemlich beeindruckend, etwas so Kleines in der Ferne sehen zu können. "
Der Verdienst für die ursprüngliche Entdeckung geht an Thomas Jacobs, einen Amateurastronomen, der in Bellevue, Washington, lebt und Mitglied von Planet Hunters ist. Dieses Citizen Scientist-Projekt wurde zuerst von der Yale University ins Leben gerufen und besteht aus Amateurastronomen, die ihre Zeit der Suche nach Exoplaneten widmeten. Mitglieder erhalten Zugriff auf Daten von der Kepler-Weltraumteleskop in der Hoffnung, dass sie Dinge bemerken würden, die Computeralgorithmen möglicherweise übersehen.
Bereits im Januar begann Jacobs mit dem Scannen von Daten aus vier Jahren KeplerHauptaufgabe. Während dieser Phase, die von 2009 bis 2013 dauerte, Kepler scannte über 200.000 Sterne und führte Messungen ihrer Lichtkurven durch. Nach fünf Monaten des Durchsuchens der Daten (am 18. März) bemerkte er einige merkwürdige Lichtmuster inmitten von Hintergrundgeräuschen, die von KIC 3542116 kamen. Wie Jacobs sagte:
„Die Suche nach Objekten von Interesse in den Kepler-Daten erfordert Geduld, Ausdauer und Ausdauer. Für mich ist es eine Form der Schatzsuche, zu wissen, dass es ein interessantes Ereignis gibt, das darauf wartet, entdeckt zu werden. Es geht darum, zu erkunden und auf der Jagd zu sein, wo bisher nur wenige gereist sind. “
Insbesondere suchte Jacobs nach Anzeichen einzelner Transite, die nicht denen entsprechen, die von Planeten verursacht werden, die einen Stern umkreisen (d. H. Periodisch). Beim Betrachten von KIC 3542116 bemerkte er drei einzelne Transite und alarmierte dann Rappaport und Andrew Vanderburg als Astrophysiker an der University of Texas und Mitglied der CfA. Jacobs hatte in der Vergangenheit mit beiden Männern zusammengearbeitet und wollte ihre Meinung zu diesen Ergebnissen.
Wie Rapport erinnerte, war der Prozess der Interpretation der Daten herausfordernd, aber lohnend. Zunächst stellten sie fest, dass die Lichtkurven nicht denen ähnelten, die durch Planetentransits verursacht wurden, die durch einen plötzlichen und starken Lichtabfall gefolgt von einem starken Anstieg gekennzeichnet sind. Mit der Zeit bemerkte Rapport, dass die Asymmetrie in den drei Lichtkurven denen von zerfallenen Planeten ähnelte, die sie zuvor beobachtet hatten.
"Wir haben einen Monat darauf gesessen, weil wir nicht wussten, was es war - Planetentransits sehen nicht so aus", sagte Rappaport. "Dann kam mir der Gedanke:" Hey, diese sehen aus wie etwas, das wir zuvor gesehen haben. "Wir dachten, die einzige Art von Körper, die das Gleiche tun und nicht wiederholen könnte, ist eine, die wahrscheinlich am Ende zerstört wird. Das einzige, was auf die Rechnung passt und eine Masse hat, die klein genug ist, um zerstört zu werden, ist ein Komet. “
Basierend auf ihren Berechnungen, die zeigten, dass jeder Komet etwa ein Zehntel von 1% des Lichts des Sterns ausblendete, kam das Forscherteam zu dem Schluss, dass der Komet wahrscheinlich vollständig zerfiel und eine Staubspur erzeugte, die ausreichte, um das Licht mehrere Monate zuvor auszublenden es verschwand. Nachdem sie zusätzliche Beobachtungen durchgeführt hatten, stellten sie im gleichen Zeitraum drei weitere Transite fest, die denen von Jacobs ähnelten.
Die Tatsache, dass diese sechs Exokometen in den letzten vier Jahren ihrem Stern sehr nahe gekommen zu sein scheinen, wirft einige interessante Fragen auf, und ihre Beantwortung könnte drastische Auswirkungen auf die außersolare Forschung haben. Es könnte auch unser Verständnis unseres eigenen Sonnensystems verbessern. Wie Vanderburg erklärte:
„Warum gibt es so viele Kometen in den inneren Teilen dieser Sonnensysteme? Ist dies eine extreme Bombardierungs-Ära in diesen Systemen? Das war ein wirklich wichtiger Teil unserer eigenen Sonnensystembildung und hat möglicherweise Wasser auf die Erde gebracht. Vielleicht könnte das Studium von Exokometen und das Herausfinden, warum sie in der Nähe dieser Art von Sternen gefunden werden, uns einen Einblick geben, wie Bombardierungen in anderen Sonnensystemen stattfinden. “
Vor 4,1 bis 3,8 Milliarden Jahren erlebte das Sonnensystem auch eine Zeit intensiver Kometenaktivität, die als spätes schweres Bombardement bekannt ist. Während dieser Zeit sollen Asteroiden und Kometen regelmäßig Körper im inneren Sonnensystem getroffen haben. Interessanterweise wurde angenommen, dass diese Zeit des schweren Bombardements für die Verteilung des Wassers auf die Erde und die anderen terrestrischen Planeten verantwortlich war.
Wie bereits erwähnt, gehört KIC 3542116 zum Spektraltyp F2V, einer gelb-weißen Sternklasse, die typischerweise 1 bis 1,4 Mal so massereich wie unsere Sonne ist und ziemlich hell. Da es in Größe und Masse mit unserer Sonne vergleichbar ist, ist es möglich, dass die Bombardierungsperiode ähnlich der des Sonnensystems ist. Wenn wir beobachten, wie es sich entfaltet, können wir viel darüber erfahren, wie ähnliche Aktivitäten die Entwicklung unseres Sonnensystems vor Milliarden von Jahren beeinflusst haben.
Neben der Bedeutung der Studie für das Studium der Astrophysik und Astronomie zeigt sie auch die wichtige Rolle, die Bürgerwissenschaftler heute spielen. Ohne die unermüdliche Arbeit von Jacobs, der Kepler-Daten zwischen seiner Arbeit und den Wochenenden durchforstet, wäre diese Entdeckung nicht möglich gewesen.
"Ich könnte 10 Arten von Dingen nennen, die diese Leute in den Kepler-Daten gefunden haben, die Algorithmen aufgrund der Mustererkennungsfähigkeit im menschlichen Auge nicht finden konnten", sagte Rappaport. „Sie könnten jetzt einen Computeralgorithmus schreiben, um diese Art von Kometenform zu finden. Aber sie wurden bei früheren Suchen vermisst. Sie waren tief genug, hatten aber nicht die richtige Form, die in Algorithmen programmiert war. Ich denke, es ist fair zu sagen, dass dies von keinem Algorithmus gefunden worden wäre. "
Das Forschungsteam geht davon aus, dass der vom MIT geleitete Einsatz Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) in Zukunft weiterhin die von Kepler durchgeführten Forschungsarbeiten durchführen wird.
