René Heller van het Max Planck Institute for Solar System Research zorgde er al voor dat de wetenschappelijke gemeenschap opmerkte toen hij en zijn team niet minder dan 18 voorheen over het hoofd geziene exoplaneten ontdekten in de gegevens van de Kepler Space Telescope. Nu is het ze weer gelukt, dit keer bij het vinden van een enigszins aardachtige planeet die rond een zonachtige ster draait. Wat is er zo speciaal aan de nieuwe methode van Dr. Heller en zijn team?

De meeste exoplaneten zijn tot nu toe gevonden met behulp van de zogenaamde transitmethode. Hoe werkt deze methode en waarom is deze zo succesvol?

René Heller:Bij het gebruik van de transitmethode zoeken we naar herhaalde korte dimmingen van een ster, die worden veroorzaakt door een planeet die voor de ster passeert, gezien vanaf de aarde. Deze gebeurtenis wordt een transit genoemd. Als je naar een willekeurig gekozen ster kijkt, echter, je weet meestal niet of het een transiterende planeet heeft of zelfs maar een planeet. Om nieuwe transits te vinden, we moeten meestal heel lang en zonder pauze naar een ster kijken, meestal voor weken en soms voor jaren. Maar dat is niet genoeg:om de transitmethode te laten werken, we moeten in het baanvlak van de planeet rond zijn ster zijn, gezien vanaf de aarde. Gemiddeld, dit is slechts het geval voor ongeveer elke honderdste exoplaneet. En dus moeten we honderden en duizenden sterren continu observeren.

De transitmethode is daarom niet meer kansrijk dan andere methoden, maar lijkt eerder op de spreekwoordelijke zoektocht naar een speld in een hooiberg. Het succes is voornamelijk gebaseerd op de continue observatie van een groot aantal sterren door NASA's Kepler Space Telescope. Kepler heeft sinds 2009 duizenden exoplaneten ontdekt in totaal meer dan de helft van alle exoplaneten die we vandaag kennen.

In recente jaren, u bent erin geslaagd de gebruikelijke transitmethode te verbeteren. Wat is jouw truc?

Tot een paar jaar geleden, de grote hoeveelheden gegevens die door telescopen naar ons worden verzonden, maakten het noodzakelijk om onze computerondersteunde zoekalgoritmen hier en daar te vereenvoudigen. In feite, sommige standaard zoekalgoritmen degradeerden eerst de kwaliteit van de gegevens met behulp van wat data 'binning' wordt genoemd, en zocht vervolgens naar transits in de gegevens met een lage resolutie. Alleen hierdoor was het mogelijk om de enorme hoeveelheden sterren te analyseren, elk met jarenlange continue helderheidsmetingen binnen aanvaardbare tijdsperioden, zoals een paar dagen of weken. In de laatste paar jaren, echter, vooruitgang in rekenkracht heeft ons in staat gesteld om een ​​verfijnd algoritme te gebruiken.

Mijn collega en IT-specialist Michael Hippke en ik hebben nu de standaardprocedure voor het zoeken naar exoplaneten verfijnd door simpelweg af te zien van het weggooien van gegevens. Een deel van de toegenomen computerbelasting kan worden opgevangen door moderne CPU-kracht, maar we moesten ook de computercode helemaal opnieuw ontwerpen om deze zo efficiënt mogelijk te maken. Nu werkt het zelfs op een standaard laptop. Zo kun je tijdens een treinreis zelfs een exoplaneet vinden met een laptop op je knieën.

Hoeveel over het hoofd geziene exoplaneten heb je kunnen opsporen?

Tot dusver, we hebben 18 ontdekkingen gepubliceerd in de Kepler-gegevens. KOI-456.04 is nu de 19e exoplaneet die we hebben geïdentificeerd en die voorheen over het hoofd werd gezien door de standaard zoektechnieken. In feite, we hebben nog enkele tientallen kandidaten ontdekt, die we momenteel in meer detail bestuderen voordat we ze aan de gemeenschap rapporteren. Ten slotte, we willen een meetfout niet als planeet verkopen. Naast onze eigen zoekopdrachten met het verbeterde algoritme, we hebben zelfs andere onderzoeksteams onze code zien downloaden en gebruiken voor hun eigen zoekopdrachten. Het zou me niet verbazen als ons algoritme de nieuwe standaard zou worden voor het zoeken naar exoplaneten.

De gegevens van de Kepler Space Telescope zijn inmiddels waarschijnlijk grondig en definitief geanalyseerd. Verwacht je niettemin verdere ontdekkingen van kleinere planeten, misschien zo groot als de aarde?

Met behulp van traditionele methoden, de mogelijkheden om exoplaneten te vinden in Kepler-gegevens zijn waarschijnlijk uitgeput, Daar ben ik het mee eens. Dat gezegd hebbende, onze eerste zoekopdrachten met ons nieuwe algoritme laten zien dat er met deze methode nog spannende ontdekkingen te doen zijn in de data. Het is alsof iedereen zijn bezem door de gegevens heeft geveegd en we zijn nu de resterende kruimels aan het verzamelen met een zorgvuldige set stoffer en blik. Maar anders dan het afval dat je van de vloer zou oprapen, het zijn deze kleine kruimels, Planeten ter grootte van de aarde, dat zijn de meest waardevolle bevindingen in de exoplaneetwetenschap.

Gedurende de negen jaar van de operatie, Kepler registreerde meetgegevens van ongeveer 150, 000 sterren. Hoe bepaal je welke sterren een seconde waard zijn, Dichterbij kijken?

De zorgvuldige selectie van de opnieuw te onderzoeken sterren was cruciaal voor onze eerdere ontdekkingen. We gebruikten een kleine maar waardevolle truc:we kozen niet zomaar willekeurig een van de 150, 000 sterren van de Kepler-missie; in plaats daarvan, we concentreerden ons op het tweede deel van de missie, de zogenaamde K2-missie, waarin reeds doorgaande planeten waren ontdekt rond in totaal 517 sterren. Om te controleren of onze methode echt beter is dan de vorige methoden, we hebben eenvoudigweg alle helderheidsmetingen van deze 517 sterren opnieuw bekeken en gezocht naar extra planeten die tot nu toe misschien zijn gemist.

Als resultaat, we hebben niet alleen alle eerder bekende exoplaneten gevonden, maar we hebben ook 18 nieuwe ontdekt. Dat klinkt misschien niet als veel, 18 van de 517. Het is echter niet alleen het aantal planeten dat belangrijk is. Belangrijker is het feit dat al onze nieuw ontdekte planeten ongeveer even groot zijn als de aarde en dus veel kleiner dan de meeste bekende exoplaneten. Daarom werden ze natuurlijk in eerste instantie gemist.

Na het doorzoeken van de K2-gegevens, we hebben onze zoektocht nu uitgebreid naar de meer dan 4000 lichtcurven van de eerste Kepler-missie van 2009 tot 2013. En opnieuw waren we succesvol. De planetaire kandidaat KOI-456.04 met een straal van 1,9 aarde rond de zonachtige ster Kepler-160 is slechts onze eerste publicatie.

Waarom spreekt u van KOI-456.04 als een planetaire kandidaat?

formeel gesproken, het signaal van deze veronderstelde planeet doorstaat een van onze statistische tests met een waarschijnlijkheid van 85 procent. Dat betekent dat de kans 85:15 is, of bijna zes tegen één, dat dit signaal echt door een planeet wordt veroorzaakt en niet door een willekeurige statistische variatie van de gegevens of door een instrumenteel effect. Zes tegen één, Ik zou zeggen dat dat een goede gok is. Maar als astronomen willen we dat het signaal een waarschijnlijkheid heeft van 99 procent, een kans van negenennegentig tegen één, voordat we de kandidaat formeel de planetaire status zouden verlenen. Voor nu, KOI-456.04 blijft een goede kandidaat.

Waarom is het belangrijk om een ​​enkel stersysteem zo nauwkeurig te onderzoeken? Wat leren we van zo'n individueel geval?

De mensheid investeert veel geld en werk, maar ook met hart en ziel in vervolgobservaties van de meest interessante exoplaneten of planetaire kandidaten. Hoewel financiële investeringen in ruimteonderzoek slechts ongeveer een duizendste van het militaire budget bedragen, we willen de kostbare observatietijd niet verspillen. In zekere zin, observatietijd van een telescoop op de grond en in de ruimte is miljarden euro's of dollars waard en we willen zeker voorkomen dat we die tijd besteden aan een interessant observatiedoel - alleen om te ontdekken dat het doel niet bestaat.

Daarom hebben we in onze studie veel moeite gedaan om de planetaire status statistisch vast te stellen. Strikt gesproken, deze karakterisering van de planeet - of planeetkandidaat - was verreweg het meest tijdrovende onderdeel. Mijn collega Michael Hippke en ik waren er in mei 2019 al in geslaagd KOI-456.04 te ontdekken, na slechts een paar dagen computerondersteund zoeken van de gegevens. De volgende stap, de uiterst complexe karakterisering van het planetenstelsel rond de ster Kepler-160, duurde lang, maar we hebben veel geleerd met betrekking tot de automatisering van onze methoden. De volgende keer zullen we sneller zijn en zullen we niet nog een jaar nodig hebben om de kandidaat door te lichten na de eerste detectie. En het goede nieuws is dat we in de Kepler-gegevens al enkele tientallen meer veelbelovende kandidaten hebben gevonden.