Fehlen uns andere Erden? Dramatische neue Beweise von Astronomen entdeckt

Diese Abbildung zeigt einen Planeten, der teilweise im Glanz seines Wirtssterns und eines nahegelegenen Begleitsterns verborgen ist. Nach der Untersuchung einer Reihe von Doppelsternen kamen Astronomen zu dem Schluss, dass erdgroße Planeten in vielen Zweisternsystemen von Transitsuchen, die nach Veränderungen im Licht eines Sterns suchen, wenn ein Planet vor ihm vorbeizieht, unbemerkt bleiben könnten. Das Licht des zweiten Sterns macht es schwieriger, die Veränderungen im Licht des Wirtssterns zu erkennen, wenn der Planet vor ihm vorbeizieht. Bildnachweis: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Astronomen, die Sternpaare untersuchen, entdecken Beweise dafür, dass es viel mehr erdgroße Planeten geben könnte, als bisher angenommen.

Bei einigen Exoplanetensuchen könnte fast die Hälfte der erdgroßen Planeten um andere Sterne herum übersehen werden. Neue Ergebnisse eines Teams, das das internationale Gemini-Observatorium und das 3.5-Meter-Teleskop WIYN am Kitt Peak National Observatory nutzt, deuten darauf hin, dass erdgroße Welten unentdeckt in Doppelsternsystemen lauern könnten, versteckt im Glanz ihrer Elternsterne. Da sich etwa die Hälfte aller Sterne in Doppelsternsystemen befinden, bedeutet dies, dass Astronomen viele erdgroße Welten übersehen könnten.

Erdgroße Planeten können viel häufiger vorkommen als bisher angenommen. Astronomen, die am NASA Ames Research Center arbeiten, haben die Zwillingsteleskope des internationalen Gemini-Observatoriums, einem Programm des NOIRLab der NSF, verwendet, um zu bestimmen, wie viele planetenbeherbergende Sterne von der NASA-Exoplaneten-Jagdmission TESS identifiziert wurden^[1] sind eigentlich Sternpaare – bekannt als Doppelsterne –, bei denen die Planeten einen der Sterne des Paares umkreisen. Nach der Untersuchung dieser Doppelsterne kam das Team zu dem Schluss, dass erdgroße Planeten in vielen Zweisternsystemen von Transitsuchen wie der von TESS, die nach Veränderungen im Licht eines Sterns suchen, wenn ein Planet vor ihm vorbeizieht, unbemerkt bleiben könnten.^[2] Das Licht des zweiten Sterns macht es schwieriger, die Veränderungen im Licht des Wirtssterns beim Transit des Planeten zu erkennen.

Das Team begann damit, herauszufinden, ob einige der mit TESS identifizierten Exoplaneten-Wirtssterne tatsächlich unbekannte Doppelsterne waren. Physikalische Sternpaare, die eng beieinander liegen, können mit Einzelsternen verwechselt werden, es sei denn, sie werden mit extrem hoher Auflösung beobachtet. Also wandte sich das Team an beide Gemini-Teleskope, um eine Probe von Exoplaneten-Wirtssternen bis ins kleinste Detail zu untersuchen. Mit einer Technik namens Speckle Imaging,^[3] die Astronomen machten sich auf den Weg, um zu sehen, ob sie unentdeckte stellare Begleiter entdecken könnten.

Unter Verwendung der `Alopeke- und Zorro-Instrumente an den Gemini-Nord- und -Südteleskopen in Chile bzw. Hawaii,^[4] das Team beobachtete Hunderte von Sternen in der Nähe, die TESS als potenzielle Exoplanetenwirte identifiziert hatte. Sie entdeckten, dass 73 dieser Sterne in Wirklichkeit Doppelsternsysteme sind, die als einzelne Lichtpunkte erschienen waren, bis sie mit Zwillingen mit höherer Auflösung beobachtet wurden. „Mit den 8.1-Meter-Teleskopen des Gemini-Observatoriums haben wir extrem hochauflösende Bilder von Exoplaneten-Wirtssternen erhalten und stellare Begleiter in sehr kleinen Abständen entdeckt“, sagte Katie Lester vom Ames Research Center der NASA, die diese Arbeit leitete.

Lesters Team untersuchte mit dem NN-EXPLORE Exoplanet and Stellar Speckle Imager (NESSI) am 18-Meter-Teleskop WIYN am Kitt Peak National Observatory, ebenfalls ein Programm von NSFs NOIRLab, weitere 3.5 Doppelsterne, die zuvor unter den TESS-Exoplanetenwirten gefunden wurden.

Nach der Identifizierung der Doppelsterne verglich das Team die Größen der entdeckten Planeten in den Doppelsternsystemen mit denen in Einzelsternsystemen. Sie stellten fest, dass die Raumsonde TESS sowohl große als auch kleine Exoplaneten fand, die einzelne Sterne umkreisen, aber nur große Planeten in Doppelsternsystemen.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Population erdgroßer Planeten in Doppelsternsystemen lauern und mit der Transitmethode, die von TESS und vielen anderen Planetenjagdteleskopen verwendet wird, unentdeckt bleiben könnte. Einige Wissenschaftler hatten vermutet, dass bei Transitsuchen kleine Planeten in Doppelsternsystemen übersehen werden könnten, aber die neue Studie bietet Beobachtungsunterstützung, um dies zu untermauern, und zeigt, welche Größen von Exoplaneten betroffen sind.^[5]

„Wir haben gezeigt, dass es in Doppelsystemen schwieriger ist, erdgroße Planeten zu finden, weil kleine Planeten im Licht ihrer beiden Elternsterne verloren gehen“, sagte Lester. „Ihre Transite werden vom Licht des Begleitsterns ‚ausgefüllt‘“, fügte Steve Howell vom Ames Research Center der NASA hinzu, der die Speckle-Bildgebung leitet und an dieser Forschung beteiligt war.

„Da sich etwa 50 % der Sterne in Doppelsternsystemen befinden, könnten wir die Entdeckung – und die Chance, viele erdähnliche Planeten zu studieren – verpassen“, schloss Lester.

Die Möglichkeit dieser fehlenden Welten bedeutet, dass Astronomen eine Vielzahl von Beobachtungstechniken anwenden müssen, bevor sie zu dem Schluss kommen, dass ein bestimmtes Doppelsternsystem keine erdähnlichen Planeten hat. „Astronomen müssen wissen, ob ein Stern ein einzelner oder ein binärer Stern ist, bevor sie behaupten, dass in diesem System keine kleinen Planeten existieren“, erklärte Lester. „Wenn es ein einzelner ist, könnte man sagen, dass es keine kleinen Planeten gibt. Aber wenn sich der Wirt in einem Binärstern befindet, wissen Sie nicht, ob ein kleiner Planet vom Begleitstern verdeckt wird oder überhaupt nicht existiert. Um das herauszufinden, bräuchte man mehr Beobachtungen mit einer anderen Technik.“

Im Rahmen ihrer Studie analysierten Lester und ihre Kollegen auch, wie weit die Sterne in den Doppelsternsystemen voneinander entfernt sind, in denen TESS große Planeten entdeckt hatte. Das Team stellte fest, dass die Sterne in den Exoplaneten-beherbergenden Paaren normalerweise weiter voneinander entfernt waren als Doppelsterne, von denen keine Planeten bekannt sind.^[6] Dies könnte darauf hindeuten, dass sich keine Planeten um Sterne herum bilden, die enge stellare Begleiter haben.

„Diese Speckle-Imaging-Durchmusterung veranschaulicht den kritischen Bedarf an NSF-Teleskopeinrichtungen, um neu entdeckte Planetensysteme zu charakterisieren und unser Verständnis der Planetenpopulationen zu verbessern“, sagte Martin Still, Abteilungsleiter des Programms für Astronomische Wissenschaften der National Science Foundation.

„Dies ist ein wichtiges Ergebnis der Exoplaneten-Arbeit“, kommentierte Howell. „Die Ergebnisse werden Theoretikern helfen, ihre Modelle für die Entstehung und Entwicklung von Planeten in Doppelsternsystemen zu erstellen.“

Notizen

1. TESS ist der Transiting Exoplanet Survey Satellite, eine Mission der NASA search für Planeten, die andere Sterne umkreisen, in einer Untersuchung von etwa 75 % des gesamten Nachthimmels. Die Mission startete 2018 und hat mehr als 3500 mögliche Exoplaneten entdeckt, von denen mehr als 130 bestätigt wurden. Der Satellit sucht nach Exoplaneten, indem er deren Wirtssterne beobachtet. Ein vorbeiziehender Exoplanet verursacht einen subtilen, aber messbaren Helligkeitsabfall seines Muttersterns, wenn er vor dem Stern vorbeizieht und einen Teil seines Lichts blockiert.
2. Die Transittechnik ist eine Möglichkeit, Exoplaneten zu entdecken. Es beinhaltet die Suche nach regelmäßigen Abnahmen des Lichts eines Sterns, die dadurch verursacht werden könnten, dass ein Planet vor dem Stern vorbeizieht oder ihn „durchquert“ und einen Teil des Sternenlichts blockiert.
3. Speckle Imaging ist eine astronomische Technik, die es Astronomen ermöglicht, durch viele schnelle Beobachtungen in schneller Folge über die Unschärfe der Atmosphäre hinweg zu sehen. Durch die Kombination dieser Beobachtungen ist es möglich, den Unschärfeeffekt der Atmosphäre aufzuheben, der die bodengebundene Astronomie beeinflusst, indem er Sterne am Nachthimmel zum Funkeln bringt.
4. `Alopeke & Zorro sind identische bildgebende Instrumente, die permanent an den Gemini Nord- und Südteleskopen montiert sind. Ihre Namen bedeuten auf Hawaiianisch und Spanisch „Fuchs“ und spiegeln ihre jeweiligen Standorte auf Maunakea in Hawaii und auf Cerro Pachón in Chile wider.
5. Das Team fand heraus, dass Planeten, die doppelt so groß wie die Erde oder kleiner sind, mit der Transitmethode bei der Beobachtung von Doppelsternsystemen nicht entdeckt werden können.
6. Lesters Team fand heraus, dass die von ihnen identifizierten Exoplaneten-beherbergenden Doppelsterne durchschnittliche Abstände von etwa 100 astronomischen Einheiten hatten. (Eine astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung zwischen der Sonne und der Erde.) Doppelsterne, von denen nicht bekannt ist, dass sie Planeten beherbergen, werden normalerweise durch etwa 40 astronomische Einheiten getrennt.
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Diese Forschung wird in dem Artikel „Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars. II. Stellar Companions at 1-1000 AE and Implications for Small Planet Detection“ erscheint in der Astronomisches Tagebuch.

Referenz: „Speckle-Beobachtungen von TESS-Exoplaneten-Wirtssternen. II. Stellar Companions at 1-1000 AE and Implications for Small Planet Detection“ von Kathryn V. Lester, Rachel A. Matson, Steve B. Howell, Elise Furlan, Crystal L. Gnilka, Nicholas J. Scott, David R. Ciardi, Mark E Everett, Zachary D. Hartman und Lea A. Hirsch, Angenommen, Astronomisches Tagebuch.
arXiv: 2106.13354

Das Team besteht aus Kathryn V. Lester (NASA Ames Research Center), Rachel A. Matson (US Naval Observatory), Steve B. Howell (NASA Ames Research Center), Elise Furlan (Exoplanet Science Institute, Caltech), Crystal L. Gnilka (NASA Ames Research Center), Nicholas J. Scott (NASA Ames Research Center), David R. Ciardi (Exoplanet Science Institute, Caltech), Mark E. Everett (NSFs NOIRLab), Zachary D. Hartman (Lowell Observatory & Department of Physik und Astronomie, Georgia State University) und Lea A. Hirsch (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University).

Das NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) der NSF, das US-amerikanische Zentrum für bodengestützte optische-Infrarot-Astronomie, betreibt das internationale Gemini-Observatorium (eine Einrichtung von NSF, NRC-Kanada, ANID-Chile, MCTIC-Brasilien, MINCyT-Argentinien). , und KASI–Republic of Korea), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community Science and Data Center (CSDC) und Vera C. Rubin Observatory (betrieben in Zusammenarbeit mit dem Department des SLAC National Accelerator Laboratory von Energy). Es wird von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung mit NSF verwaltet und hat seinen Hauptsitz in Tucson, Arizona. Die astronomische Gemeinschaft fühlt sich geehrt, astronomische Forschungen am Iolkam Du'ag (Kitt Peak) in Arizona, am Maunakea in Hawaii und am Cerro Tololo und Cerro Pachón in Chile durchführen zu können. Wir erkennen und anerkennen die sehr bedeutende kulturelle Rolle und Verehrung, die diese Stätten der Tohono O'odham Nation, der hawaiianischen Ureinwohnergemeinschaft bzw. den lokalen Gemeinschaften in Chile entgegenbringen.