Astronomen die op zoek zijn naar aardachtige planeten in andere zonnestelsels hebben een doorbraak bereikt door het oppervlak van sterren van dichterbij te bekijken.

Een nieuwe techniek ontwikkeld door een internationaal team van onderzoekers - onder leiding van Yale-astronomen Rachael Roettenbacher, Sam Cabot en Debra Fischer - gebruikt een combinatie van gegevens van telescopen op de grond en in een baan om de aarde om onderscheid te maken tussen lichtsignalen afkomstig van sterren en signalen afkomstig van planeten om die sterren draaien.

Een studie waarin de ontdekking gedetailleerd wordt beschreven, is aanvaard door The Astronomical Journal .

"Onze technieken brengen drie verschillende soorten gelijktijdige waarnemingen samen om ons te concentreren op het begrijpen van de ster en hoe het oppervlak eruit ziet", zegt Roettenbacher, een 51 Pegasi b-postdoctoraal onderzoeker aan Yale en hoofdauteur van het artikel. "Van een van de datasets maken we een kaart van het oppervlak waarmee we meer details kunnen onthullen in de radiale snelheidsgegevens terwijl we zoeken naar signalen van kleine planeten.

"Deze procedure toont de waarde aan van het verkrijgen van meerdere soorten observaties tegelijk."

Al tientallen jaren gebruiken astronomen een methode die radiale snelheid wordt genoemd als een manier om exoplaneten in andere zonnestelsels te zoeken. Radiale snelheid verwijst naar de beweging van een ster langs de zichtlijn van een waarnemer.

Astronomen zoeken naar variaties in de snelheid van een ster die kunnen worden veroorzaakt door de zwaartekracht van een in een baan om de aarde draaiende planeet. Deze gegevens komen via spectrometers - instrumenten die kijken naar het licht dat wordt uitgestraald door een ster en het licht uitrekken tot een spectrum van frequenties die kunnen worden geanalyseerd.

Terwijl astronomen zich haastten om methoden te ontwikkelen voor het detecteren van aardachtige planeten, zijn ze echter op een barrière gestuit die de vooruitgang jarenlang heeft tegengehouden. De energie die door sterren wordt uitgestraald, creëert een kokende ketel van convecterend plasma die metingen van radiale snelheid vervormt en signalen van kleine, rotsachtige planeten verduistert.

Maar een nieuwe generatie geavanceerde instrumenten valt dit probleem aan. Deze instrumenten omvatten de EXtreme PREcision Spectrograph (EXPRES), die is ontworpen en gebouwd door het team van Fischer in Yale, de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) en de interferometrische telescooparray van het Centre for High Angular Resolution Astronomy (CHARA).

Voor de nieuwe studie gebruikten de onderzoekers TESS-gegevens om het oppervlak van Epsilon Eridani te reconstrueren, een ster in het zuidelijke sterrenbeeld Eridanus die vanaf het grootste deel van het aardoppervlak zichtbaar is. Vervolgens zochten ze naar sterrenvlekken - koelere gebieden op het oppervlak van een ster veroorzaakt door sterke magnetische velden.

"Met de reconstructies weet je de locaties en afmetingen van vlekken op de ster, en weet je ook hoe snel de ster draait", zei Cabot. "We hebben een methode ontwikkeld die je vervolgens vertelt wat voor soort signaal je zou zien met een spectrometer."

De onderzoekers vergeleken vervolgens hun TESS-reconstructies met EXPRES-spectrometergegevens die gelijktijdig werden verzameld van Epsilon Eridani.

"Hierdoor konden we de bijdragen van de radiale snelheidssignatuur rechtstreeks koppelen aan specifieke kenmerken op het oppervlak", zei Fischer. "De radiale snelheden van de sterrenvlekken komen prachtig overeen met de gegevens van EXPRES."

De onderzoekers gebruikten ook een andere techniek, interferometrie genaamd, om een ​​sterrenvlek op Epsilon Eridani te detecteren - de eerste interferometrische detectie van een sterrenvlek op een ster die lijkt op de zon.

Interferometrie combineert afzonderlijke telescopen om een ​​veel grotere telescoop te creëren. Hiervoor gebruikten de onderzoekers de CHARA Array, 's werelds grootste optische interferometer, gevestigd in Californië.

Roettenbacher zei dat zij en haar collega's hun nieuwe techniek zullen toepassen op sets van interferometrische waarnemingen om het volledige oppervlak van een ster direct in beeld te brengen en de bijdrage van de radiale snelheid te bepalen.

"Interferometrische beeldvorming is niet iets dat voor veel sterren wordt gedaan, omdat de ster dichtbij en helder moet zijn. Er zijn een handvol andere sterren waarop we onze baanbrekende aanpak ook kunnen toepassen," zei Roettenbacher.

Voormalige Yale-onderzoekers Lily Zhao, die nu aan het Flatiron Institute werkt, en John Brewer, die nu aan de San Francisco State University werkt, behoren tot de co-auteurs van de studie.