NASA heeft aangegeven dat 5.030 extrasolaire planeten zijn bevestigd in 3.772 systemen, en nog eens 8.974 kandidaten wachten op bevestiging. Nu instrumenten van de volgende generatie zoals de James Webb Space Telescope (JWST) online komen, wordt verwacht dat het aantal en de diversiteit van bevestigde exoplaneten exponentieel zullen groeien. Met name astronomen verwachten dat het aantal bekende terrestrische planeten en superaarde drastisch zal toenemen.

De komende jaren zullen de mogelijkheden voor onderzoek naar exoplaneten aanzienlijk toenemen naarmate er nog duizenden worden ontdekt. In een recent onderzoek beschreef een team onder leiding van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) een nieuw ruimtetelescoopconcept dat bekend staat als de Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Dit voorgestelde observatorium zal zoeken naar aardachtige planeten in de bewoonbare zones (HZ's) van zonachtige sterren binnen ongeveer 33 lichtjaar (10 parsec) met behulp van een methode die bekend staat als micro-boogseconde relatieve astrometrie.

De tak van de astronomie die astrometrie wordt genoemd, bestaat uit het nauwkeurig meten van de posities en eigenbewegingen van hemellichamen door ze te vergelijken met referentiesterren op de achtergrond. Voorbeelden van deze methode zijn het Gaia-observatorium van de ESA, dat sinds 2013 de beweging van 1 miljard sterren in de Melkweg (evenals 500.000 verre quasars) meet. Deze gegevens zullen worden gebruikt om de meest nauwkeurige driedimensionale kaart van onze melkweg ooit gemaakt.

In dit geval stellen onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) en meerdere Chinese observatoria en universiteiten een ruimtetelescoop voor die zeer nauwkeurige astrometriemetingen van zonachtige sterren zou kunnen uitvoeren om exoplaneten die eromheen draaien te detecteren. De voorgestelde CHES-missie zal opereren op het zon-aarde L2 Lagrange-punt - waar NASA's James Webb Space Telescope (JWST) momenteel verblijft - en gedurende vijf jaar doelsterren observeren. Deze doelen omvatten 100 sterren binnen 33 lichtjaar van het zonnestelsel die vallen in de typen F, G en K.

Terwijl sterren van het F-type (geel-witte dwergen) heter, helderder en massiever zijn dan onze zon, komen G-sterren (gele dwerg) overeen met onze zon - een G2V-ster uit de hoofdreeks. Ondertussen zijn K-type sterren (oranje dwerg) iets zwakker, koeler en minder zwaar dan onze zon. Voor elke ster die het waarneemt, zal CHES de kleine en dynamische verstoringen meten die worden veroorzaakt door exoplaneten in een baan om de aarde, wat nauwkeurige schattingen zal opleveren van hun massa's en omlooptijden.

Als een ruimtegebaseerd observatorium zal CHES niet onderhevig zijn aan interferentie als gevolg van de precessie en atmosfeer van de aarde en zal het in staat zijn om astrometriemetingen uit te voeren die nauwkeurig genoeg zijn om in het domein van de micro-boogseconden te vallen. Dr. Jianghui Ji is een professor aan het CAS Key Laboratory of Planetary Sciences in Nanjing, de University of Science and Technology, en de hoofdauteur van het onderzoek. Zoals hij Universe Today via e-mail vertelde:

"Voor een planeet met massa van 1 AU rond een ster van het zonnetype op 10 pct, is de astrometrische wiebeling van de ster veroorzaakt door de Earth Twin 0,3 microboogseconde. Dus de microboogseconde-niveaumeting is vereist. De relatieve astrometrie want CHES kan de hoekafstand op micro-boogsecondeniveau nauwkeurig meten tussen één doelster en 6-8 referentiesterren. Op basis van de metingen van deze kleine veranderingen kunnen we detecteren of er terrestrische planeten om hen heen zijn."

In het bijzonder zal CHES de eerste directe metingen doen van de werkelijke massa's en hellingen van aardanalogen en superaarde die in de HZ van hun sterren cirkelen en als "potentieel bewoonbaar" worden beschouwd. De primaire lading voor deze missie, zei Dr. Ji, is een hoogwaardige spiegel met een diameter van 1,2 meter (ft) en een gezichtsveld (FOV) van 0,44° x 0,44°. Deze spiegel maakt deel uit van een coaxiaal drie-spiegel anastigmat (TMA) systeem, waarbij drie gebogen spiegels worden gebruikt om optische aberraties te minimaliseren.

CHES vertrouwt ook op Mosaic Charge-Coupled Devices (CCD's) en de lasermetrologietechniek om astrometrische metingen uit te voeren in het bereik van 500 nm ~ 900 nm, inclusief zichtbaar licht en het nabij-infraroodspectrum. Deze mogelijkheden zullen aanzienlijke voordelen bieden in vergelijking met de transitmethode, die nog steeds de meest gebruikte en effectieve manier is om exoplaneten te detecteren. Bij deze methode worden sterren gecontroleerd op periodieke dalingen in helderheid, wat mogelijke indicaties zijn van planeten die voor de ster passeren (ook wel transit genoemd) ten opzichte van de waarnemer.

Daarnaast zal CHES helpen bij de transitie die momenteel plaatsvindt in exoplaneetstudies, waarbij de focus verschuift van het proces van ontdekking naar karakterisering. Zoals Dr. Ji uitlegde:

"Eerst zal CHES een uitgebreid onderzoek doen naar de nabijgelegen sterren van het zonnetype op 10 pct afstand van ons en alle aardachtige planeten in de bewoonbare zone detecteren via astrometrie, in het geval dat de transitmethode niet kan doen (zoals TESS of PLATO). [Dit] vereist de omloopbanen van de planeten met betrekking tot de gezichtslijn van de waarnemers.

"Ten tweede zal CHES de eerste directe metingen van de werkelijke massa's bieden voor 'Earth Twins' en superaarden die rond onze naburige sterren draaien, waarin de planetaire massa er echt toe doet om een ​​planeet te karakteriseren. Ter vergelijking:de [transit-methode] kan over het algemeen de straal van de planeet en moet worden bevestigd door andere methoden op de grond, zoals radiale snelheid.

"Finally, CHES will provide three-dimensional orbits (e.g., inclinations ) of terrestrial planets, which also act as another crucial index involved in planetary formation and characterization."

These capabilities will help astronomers vastly expand the current census of exoplanets, which consists predominantly of gas giants (Jupiter or Saturn-like), mini-Neptunes, and super-Earths. But with the improved resolution and sensitivity of next-generation instruments, astronomers anticipate that the number of Earth analogs will grow exponentially. It will also improve our understanding of the diverse nature of planets that orbit sun-like stars and shed light on the formation and evolution of the solar system.

But the benefits of a next-generation space-based astrometry mission don't stop there. As Dr. Ji indicated, it will be able to assist with surveys that rely on the second-most-popular and effective exoplanet detection method, known as the radial velocity method (aka. Doppler spectroscopy). For this method, astronomers observe stars for signs of apparent motion back and forth ("wobble") resulting from the orbiting planets' gravitational influence. Dr. Ji said, "In addition, CHES can conduct joint measurements with high-precision radial-velocity instruments such as the Extremely Large Telescope (ELT) and Thirty Meter Telescope (TMT). [It can also] verify habitable planet candidates discovered by [this method], and accurately characterize planetary masses and orbital parameters."

Beyond that, CHES will help advance the frontiers of astronomy and cosmology by aiding in the search for dark matter, the study of black holes, and other research fields. This research will provide new insights into the physics that govern our universe, the formation and evolution of planetary systems, and the origins of life itself. Other observatories, such as the Nancy Grace Roman Space Telescope (and the ELT and TMT), will be able to conduct direct imaging studies of smaller exoplanets that orbit more closely to their stars—precisely where rocky HZ planets are expected to be found.

Combined with astrometry measurements that could reveal hundreds of rocky exoplanets in neighboring systems, astronomers could be on the verge of finding life beyond Earth. + Verder verkennen

Even stars doomed to die as supernovae can have planets