Wanneer het medio 2020 wordt gelanceerd, NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope zal een uitgebreid scala aan onderwerpen op het gebied van infraroodastrofysica onderzoeken. Een langverwachte enquête zal gebruik maken van een zwaartekrachtseffect, microlensing genaamd, om duizenden werelden te onthullen die lijken op de planeten in ons zonnestelsel. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie toont aan dat hetzelfde onderzoek ook meer extreme planeten en planeetachtige lichamen in het hart van de Melkweg zal onthullen, dankzij hun aantrekkingskracht op de sterren waar ze omheen draaien.

"We waren opgetogen toen we ontdekten dat Roman nog meer informatie over de planeten in onze melkweg kan bieden dan oorspronkelijk gepland, " zei Shota Miyazaki, een afgestudeerde student aan de Osaka University in Japan die de studie leidde. "Het zal heel spannend zijn om meer te weten te komen over een nieuwe, onbestudeerde partij werelden."

Roman zal voornamelijk de zwaartekracht-microlensing-detectiemethode gebruiken om exoplaneten te ontdekken - planeten buiten ons zonnestelsel. Wanneer een massief object, zoals een ster, kruist voor een verder verwijderde ster vanuit ons gezichtspunt, licht van de verder weg gelegen ster zal buigen als het door de gekromde ruimtetijd rond de dichtstbijzijnde ster reist.

Het resultaat is dat de dichtstbijzijnde ster fungeert als een natuurlijke lens, vergrotend licht van de achtergrondster. Planeten die rond de lensster draaien, kunnen op kleinere schaal een soortgelijk effect hebben. dus proberen astronomen ze te detecteren door licht van de verder weg gelegen ster te analyseren.

Aangezien deze methode gevoelig is voor planeten zo klein als Mars met een breed scala aan banen, wetenschappers verwachten dat het microlensonderzoek van Roman analogen van bijna elke planeet in ons zonnestelsel zal onthullen. Miyazaki en zijn collega's hebben aangetoond dat het onderzoek ook de kracht heeft om meer exotische werelden te onthullen - gigantische planeten in kleine banen, bekend als hete Jupiters, en zogenaamde "mislukte sterren, " bekend als bruine dwergen, die niet massief genoeg zijn om zichzelf door fusie van energie te voorzien zoals sterren dat doen.

Deze nieuwe studie toont aan dat Roman in staat zal zijn om deze objecten te detecteren die rond de verder verwijderde sterren draaien in microlensing-gebeurtenissen, naast het vinden van planeten die rond de dichtstbijzijnde (lens)sterren draaien.

De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in Het astronomische tijdschrift .

Astronomen zien een microlensing-gebeurtenis als een tijdelijke verheldering van de verre ster, die piekt wanneer de sterren bijna perfect uitgelijnd zijn. Miyazaki en zijn team ontdekten dat in sommige gevallen, wetenschappers zullen ook in staat zijn om een ​​periodieke, kleine variatie in het van een lens voorziene sterlicht veroorzaakt door de beweging van planeten die rond de verder gelegen ster draaien tijdens een microlensing-gebeurtenis.

Als een planeet rond zijn moederster beweegt, het oefent een kleine aantrekkingskracht uit die de positie van de ster een beetje verschuift. Dit kan de verre ster steeds verder wegtrekken van een perfecte uitlijning. Omdat de dichtstbijzijnde ster als een natuurlijke lens fungeert, het is alsof het licht van de verre ster lichtjes in en uit focus wordt getrokken door de om de cirkel draaiende planeet. Door kleine rillingen op te pikken in het sterrenlicht, astronomen zullen de aanwezigheid van planeten kunnen afleiden.

"Het wordt het xallarap-effect genoemd, dat is parallax achterstevoren gespeld. Parallax vertrouwt op de beweging van de waarnemer - de aarde beweegt rond de zon - om een ​​verandering teweeg te brengen in de uitlijning tussen de verre bronster, de dichtstbijzijnde lensster en de waarnemer. Xallarap werkt andersom, het wijzigen van de uitlijning als gevolg van de beweging van de bron, " zei David Bennett, die de zwaartekracht-microlensgroep leidt bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Hoewel microlensing over het algemeen het meest geschikt is om werelden te vinden die verder van hun ster verwijderd zijn dan Venus van de zon, het xallarap-effect werkt het beste bij zeer massieve planeten in kleine banen, omdat ze hun gastster het meest laten bewegen. Door verder verwijderde planeten te onthullen, kunnen we ook een andere populatie van werelden onderzoeken.

Mijnbouw in de kern van de melkweg

De meeste van de eerste paar honderd exoplaneten die in onze melkweg zijn ontdekt, hadden een massa die honderden keren groter was dan die van de aarde. In tegenstelling tot de reuzenplaneten in ons zonnestelsel, die 12 tot 165 jaar nodig hebben om om de zon te draaien, deze pas ontdekte werelden wervelen in slechts een paar dagen rond hun gastheersterren.

Deze planeten, nu bekend als hete Jupiters vanwege hun gigantische omvang en de intense hitte van hun gastheersterren, werden niet verwacht van bestaande planetaire vormingsmodellen en dwongen astronomen om ze te heroverwegen. Nu zijn er verschillende theorieën die proberen te verklaren waarom hete Jupiters bestaan, maar we weten nog steeds niet zeker welke - als die er al is - correct is. De waarnemingen van Roman zouden nieuwe aanwijzingen moeten opleveren.

Nog massiever dan hete Jupiters, bruine dwergen variëren van ongeveer 4, 000 tot 25, 000 keer de massa van de aarde. Ze zijn te zwaar om te worden gekarakteriseerd als planeten, maar niet helemaal massief genoeg om kernfusie in hun kernen als sterren te ondergaan.

Andere planeetjachtmissies hebben voornamelijk gezocht naar nieuwe werelden die relatief dichtbij zijn, tot een paar duizend lichtjaren verwijderd. Nabijheid maakt meer gedetailleerde studies mogelijk. Echter, astronomen denken dat het bestuderen van lichamen dicht bij de kern van onze melkweg nieuwe inzichten kan opleveren in hoe planetaire systemen evolueren. Miyazaki en zijn team schatten dat Roman ongeveer 10 hete Jupiters en 30 bruine dwergen dichter bij het centrum van de melkweg zal vinden met behulp van het xallarap-effect.

Het centrum van de melkweg wordt voornamelijk bevolkt door sterren die ongeveer 10 miljard jaar geleden zijn gevormd. Het bestuderen van planeten rond zulke oude sterren zou ons kunnen helpen begrijpen of hete Jupiters zich zo dicht bij hun sterren vormen, of worden verder weg geboren en migreren na verloop van tijd naar binnen. Astronomen zullen kunnen zien of hete Jupiters zulke kleine banen voor lange tijd kunnen handhaven door te zien hoe vaak ze rond oude sterren worden gevonden.

In tegenstelling tot sterren op de schijf van de melkweg, die doorgaans op comfortabele afstanden van elkaar door de Melkweg zwerven, sterren in de buurt van de kern zijn veel dichter op elkaar gepakt. Roman zou kunnen onthullen of het hebben van zoveel sterren zo dicht bij elkaar van invloed is op planeten in een baan. Als een ster dicht bij een planetenstelsel passeert, zijn zwaartekracht zou planeten uit hun gebruikelijke banen kunnen trekken.

Supernova's komen ook vaker voor in de buurt van het centrum van de melkweg. Deze catastrofale gebeurtenissen zijn zo intens dat ze nieuwe elementen kunnen smeden, die in de omgeving worden uitgespuwd als de exploderende sterren sterven. Astronomen denken dat dit de vorming van planeten kan beïnvloeden. Het vinden van werelden in deze regio kan ons helpen meer te begrijpen over de factoren die het proces van planeetvorming beïnvloeden.

Roman opent een venster naar het verre verleden door naar oudere sterren en planeten te kijken. De missie zal ons ook helpen te onderzoeken of bruine dwergen zich net zo gemakkelijk vormen in de buurt van het centrum van de melkweg als dichter bij de aarde door te vergelijken hoe vaak ze in elke regio worden gevonden.

Door heel oude hete Jupiters en bruine dwergen te tellen met behulp van het xallarap-effect en meer bekende werelden te vinden met behulp van microlensing, Roman zal ons weer een stap dichter bij het begrijpen van onze plaats in de kosmos brengen.

"We hebben veel planetaire systemen gevonden die vreemd lijken in vergelijking met de onze, maar het is nog steeds niet duidelijk of zij de buitenbeentjes zijn of wij, " zei Simson Johnson, een afgestudeerde student aan de Ohio State University in Columbus en een co-auteur van het artikel. "Romein zal ons helpen erachter te komen, terwijl het helpt bij het beantwoorden van andere grote vragen in de astrofysica."