Met behulp van gegevens van de Dark Energy Survey (DES), onderzoekers hebben meer dan 300 trans-Neptuniaanse objecten (TNO's) gevonden, kleine planeten in de verre uithoeken van het zonnestelsel, waaronder meer dan 100 nieuwe ontdekkingen. Gepubliceerd in The Astrophysical Journal Supplement Series , de studie beschrijft ook een nieuwe benadering voor het vinden van vergelijkbare soorten objecten en zou toekomstige zoekopdrachten naar de hypothetische planeet Negen en andere onontdekte planeten kunnen helpen. Het werk werd geleid door afgestudeerde student Pedro Bernardinelli en professoren Gary Bernstein en Masao Sako.

Het doel van DES, waarmee in januari zes jaar gegevensverzameling werd voltooid, is om de aard van donkere energie te begrijpen door zeer nauwkeurige beelden van de zuidelijke hemel te verzamelen. Hoewel DES niet specifiek is ontworpen met TNO's in gedachten, zijn breedte en diepte van dekking maakten het bijzonder bedreven in het vinden van nieuwe objecten buiten Neptunus. "Het aantal TNO's dat je kunt vinden, hangt af van hoeveel van de lucht je kijkt en wat het minste is dat je kunt vinden, ", zegt Bernstein.

Omdat DES is ontworpen om sterrenstelsels en supernova's te bestuderen, de onderzoekers moesten een nieuwe manier ontwikkelen om beweging te volgen. Toegewijde TNO-onderzoeken voeren metingen zo vaak als elk uur of twee, waarmee onderzoekers hun bewegingen gemakkelijker kunnen volgen. "Toegewijde TNO-onderzoeken hebben een manier om het object te zien bewegen, en het is gemakkelijk om ze op te sporen, ", zegt Bernardinelli. "Een van de belangrijkste dingen die we in dit artikel hebben gedaan, was een manier bedenken om die bewegingen te herstellen."

Met behulp van de eerste vier jaar van DES-gegevens, Bernardinelli begon met een dataset van 7 miljard "dots, " alle mogelijke objecten die door de software zijn gedetecteerd en zich boven de achtergrondniveaus van de afbeelding bevonden. Vervolgens verwijderde hij alle objecten die op meerdere nachten aanwezig waren - dingen zoals sterren, sterrenstelsels, en supernova - om een ​​"tijdelijke" lijst van 22 miljoen objecten op te bouwen voordat een enorm spel van "verbind de punten, " op zoek naar nabijgelegen paren of drietallen van gedetecteerde objecten om te helpen bepalen waar het object de volgende nachten zou verschijnen.

Met de 7 miljard stippen teruggebracht tot een lijst van ongeveer 400 kandidaten die werden gezien gedurende ten minste zes nachten van observatie, de onderzoekers moesten vervolgens hun resultaten verifiëren. "We hebben deze lijst met kandidaten, en dan moeten we ervoor zorgen dat onze kandidaten echt echte dingen zijn, ' zegt Bernardinelli.

Om hun kandidatenlijst te filteren tot daadwerkelijke TNO's, de onderzoekers gingen terug naar de oorspronkelijke dataset om te kijken of ze meer afbeeldingen van het betreffende object konden vinden. "Stel dat we iets hebben gevonden op zes verschillende avonden, " zegt Bernstein. "Voor TNO's die er zijn, we wezen er zelfs 25 verschillende nachten op. Dat betekent dat er afbeeldingen zijn waar dat object zou moeten zijn, maar het kwam niet door de eerste stap om een ​​stip te worden genoemd."

Bernardinelli ontwikkelde een manier om meerdere afbeeldingen op elkaar te stapelen om een ​​scherper beeld te creëren, die hielp bevestigen of een gedetecteerd object een echte TNO was. Ze hebben ook geverifieerd dat hun methode bekende TNO's kon opsporen in de gebieden van de hemel die worden bestudeerd en dat ze nepobjecten konden herkennen die in de analyse werden geïnjecteerd. "Het moeilijkste was om ervoor te zorgen dat we vonden wat we moesten vinden, ' zegt Bernardinelli.

Na vele maanden van methode-ontwikkeling en analyse, vonden de onderzoekers 316 TNO's, waaronder 245 ontdekkingen van DES en 139 nieuwe objecten die niet eerder zijn gepubliceerd. Met slechts 3, 000 objecten die momenteel bekend zijn, deze DES-catalogus vertegenwoordigt 10% van alle bekende TNO's. Pluto, de bekendste TNO, 40 keer verder van de zon verwijderd is dan de aarde, en de TNO's die zijn gevonden met behulp van de DES-gegevens variëren van 30 tot 90 keer de afstand van de aarde tot de zon. Sommige van deze objecten bevinden zich in banen over extreem lange afstanden die ze tot ver buiten Pluto zullen brengen.

Nu DES voltooid is, de onderzoekers herhalen hun analyse op de volledige DES-dataset, dit keer met een lagere drempel voor objectdetectie in de eerste filterfase. Dit betekent dat er een nog groter potentieel is voor het vinden van nieuwe TNO's, misschien wel 500, op basis van de schattingen van de onderzoekers, in de nabije toekomst.

De door Bernardinelli ontwikkelde methode kan ook worden gebruikt om TNO's te zoeken in aankomende astronomie-onderzoeken, inclusief het nieuwe Vera C. Rubin Observatorium. Dit observatorium zal de hele zuidelijke hemel overzien en zal zelfs zwakkere en verder weg gelegen objecten kunnen detecteren dan DES. "Veel van de programma's die we hebben ontwikkeld, kunnen eenvoudig worden toegepast op andere grote datasets, zoals wat het Rubin Observatorium zal produceren, ' zegt Bernardinelli.

Deze catalogus van TNO's zal ook een nuttig wetenschappelijk hulpmiddel zijn voor onderzoek naar het zonnestelsel. Omdat DES een breed spectrum aan gegevens verzamelt over elk gedetecteerd object, onderzoekers kunnen proberen te achterhalen waar TNO vandaan komt, aangezien objecten die zich dichter bij de zon vormen, naar verwachting andere kleuren zullen hebben dan objecten die op verder weg gelegen en koudere locaties zijn ontstaan. En, door de banen van deze objecten te bestuderen, onderzoekers zijn misschien een stap dichter bij het vinden van Planet Nine, een veronderstelde planeet ter grootte van Neptunus waarvan wordt gedacht dat deze buiten Pluto bestaat.

"Er zijn veel ideeën over reuzenplaneten die vroeger in het zonnestelsel waren en er niet meer zijn, of planeten die ver weg en massief zijn, maar te zwak om door ons opgemerkt te worden, ", zegt Bernstein. "Het maken van de catalogus is het leuke ontdekkingsgedeelte. Wanneer u deze bron maakt; je kunt vergelijken wat je hebt gevonden met wat iemands theorie zei dat je zou moeten vinden."