Een nieuwe statistische studie van planeten gevonden door een techniek genaamd gravitationele microlensing suggereert dat Neptunus-massawerelden waarschijnlijk het meest voorkomende type planeet zijn dat zich in de ijzige buitenste rijken van planetenstelsels vormt. De studie geeft de eerste indicatie van de soorten planeten die wachten om ver van een gastster te worden gevonden, waar wetenschappers vermoeden dat planeten het meest efficiënt worden gevormd.

"We hebben de schijnbare goede plek gevonden in de grootte van koude planeten. In tegenstelling tot sommige theoretische voorspellingen, we concluderen uit de huidige detecties dat de meest talrijke massa's hebben die vergelijkbaar zijn met Neptunus, en er lijkt niet de verwachte toename in aantal te zijn bij lagere massa's, " zei hoofdwetenschapper Daisuke Suzuki, een postdoctoraal onderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en de Universiteit van Maryland Baltimore County. "We concluderen dat planeten met de massa van Neptunus in deze buitenste banen ongeveer 10 keer vaker voorkomen dan planeten met de massa van Jupiter in Jupiter-achtige banen."

Zwaartekracht microlensing maakt gebruik van de lichtbuigende effecten van massieve objecten voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Het komt voor wanneer een voorgrondster, de lens, willekeurig uitgelijnd met een verre achtergrondster, de bron, gezien vanaf de aarde. Terwijl de lensende ster voortdrijft in zijn baan rond de melkweg, de uitlijning verschuift in de loop van dagen tot weken, de schijnbare helderheid van de bron wijzigen. Het precieze patroon van deze veranderingen geeft astronomen aanwijzingen over de aard van de lensende ster, inclusief alle planeten die het kan hosten.

"We bepalen voornamelijk de massaverhouding van de planeet tot de gastster en hun scheiding, " zei teamlid David Bennett, een astrofysicus bij Goddard. "Voor ongeveer 40 procent van de planeten met microlens, we kunnen de massa van de gastster bepalen en dus de massa van de planeet."

Er zijn meer dan 50 exoplaneten ontdekt met behulp van microlensing, vergeleken met duizenden die met andere technieken zijn ontdekt. zoals het detecteren van de beweging of het dimmen van een gastster veroorzaakt door de aanwezigheid van planeten. Omdat de noodzakelijke uitlijningen tussen sterren zeldzaam zijn en willekeurig voorkomen, astronomen moeten miljoenen sterren in de gaten houden voor de veelbetekenende helderheidsveranderingen die een microlensing-gebeurtenis signaleren.

Echter, microlens heeft een groot potentieel. Het kan planeten detecteren die honderden keren verder verwijderd zijn dan de meeste andere methoden. waardoor astronomen een brede strook van ons Melkwegstelsel kunnen onderzoeken. De techniek kan exoplaneten lokaliseren met kleinere massa's en grotere afstanden van hun gastheersterren, en het is gevoelig genoeg om planeten te vinden die zelfstandig door de melkweg drijven, niet gebonden aan sterren.

NASA's Kepler- en K2-missies zijn buitengewoon succesvol geweest in het vinden van planeten die hun gastheersterren dimmen, met meer dan 2, 500 bevestigde ontdekkingen tot nu toe. Deze techniek is gevoelig voor nabije planeten, maar niet voor verder verwijderde planeten. Microlensing-onderzoeken zijn complementair, het beste om de buitenste delen van planetenstelsels te onderzoeken met minder gevoeligheid voor planeten die dichter bij hun sterren staan.

"Door microlensing te combineren met andere technieken krijgen we een duidelijker totaalbeeld van de planetaire inhoud van onze melkweg, ", zei teamlid Takahiro Sumi van de Osaka University in Japan.

Van 2007 tot 2012 de groep Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), een samenwerking tussen onderzoekers in Japan en Nieuw-Zeeland, uitgegeven 3, 300 waarschuwingen die de astronomische gemeenschap informeren over lopende microlensing-evenementen. Suzuki's team identificeerde 1 474 goed waargenomen microlensing-gebeurtenissen, met 22 die duidelijke planetaire signalen weergeven. Dit omvat vier planeten die nooit eerder werden gemeld.

Om deze gebeurtenissen in meer detail te bestuderen, het team nam gegevens op van het andere grote microlensproject dat in dezelfde periode liep, het optische zwaartekrachtlensexperiment (OGLE), evenals aanvullende observaties van andere projecten die zijn ontworpen om MOA- en OGLE-waarschuwingen op te volgen.

Uit deze informatie, de onderzoekers bepaalden de frequentie van planeten in vergelijking met de massaverhouding van de planeet en de ster, evenals de afstanden ertussen. Voor een typische ster met een massa van ongeveer 60 procent van de zon, de typische microlensing planeet is een wereld tussen 10 en 40 keer de massa van de aarde. Ter vergelijking, Neptunus in ons eigen zonnestelsel heeft de equivalente massa van 17 aardes.

De resultaten impliceren dat koude Neptunus-massawerelden waarschijnlijk de meest voorkomende soorten planeten zijn buiten de zogenaamde sneeuwgrens, het punt waar water bevroren bleef tijdens planetaire vorming. In het zonnestelsel, de sneeuwgrens wordt verondersteld te zijn gelegen op ongeveer 2,7 keer de gemiddelde afstand van de aarde tot de zon, door het vandaag in het midden van de belangrijkste asteroïdengordel te plaatsen.

Een paper met details over de bevindingen werd gepubliceerd in The Astrofysisch tijdschrift op 13 december.

"Voorbij de sneeuwgrens, materialen die dichter bij de ster gasvormig waren, condenseren tot vaste lichamen, het vergroten van de hoeveelheid beschikbaar materiaal om het proces van planeetvorming te starten, " zei Suzuki. "Dit is waar we denken dat planetaire vorming het meest efficiënt was, en het is ook de regio waar microlensing het meest gevoelig is."

NASA's Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), gepland voor lancering in het midden van de jaren 2020, zal een uitgebreid microlensonderzoek uitvoeren. Astronomen verwachten dat het massa- en afstandsbepalingen van duizenden planeten zal opleveren, de voltooiing van het werk dat door Kepler was begonnen en het verstrekken van de eerste galactische telling van planetaire eigenschappen.

NASA's Ames Research Center beheert de Kepler- en K2-missies voor NASA's Science Mission Directorate. Het Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië, beheerde de missie van Kepler. Ball Aerospace &Technologies Corporation exploiteert het vluchtsysteem met ondersteuning van het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica aan de Universiteit van Colorado in Boulder.

WFIRST wordt beheerd bij Goddard, met deelname van JPL, het Space Telescope Science Institute in Baltimore, het centrum voor infraroodverwerking en -analyse, ook in Pasadena, en een wetenschappelijk team bestaande uit leden van Amerikaanse onderzoeksinstellingen in het hele land.