Kosmiczny teleskop Keplera krąży po orbicie Ziemi w poszukiwaniu planet pozasłonecznych, mierząc jasność gwiazd, które mogą posiadać planety. Instrument identyfikuje potencjalne planety wokół innych gwiazd, szukając spadków w ich jasności, do których dochodzi, gdy planety przechodzą na ich tle. Programy komputerowe oznaczają gwiazdy, w których zanotowano spadek jasności, a następnie astronomowie przyglądają się każdej z nich i decydują, czy może być za to odpowiedzialna planeta.
W ciągu trzech lat misji K2 zaobserwowano 287 309 gwiazd i dziesiątki tysięcy więcej co kilka miesięcy. W jaki sposób astronomowie przeglądają wszystkie te dane?
Exoplanet Explorers to społecznościowy projekt naukowy opracowany przez astronoma z UC Santa Cruz, Iana Crossfielda oraz pracownika naukowego Caltech, Jessie Christiansen. Exoplanet Explorers znajduje się na Zooniverse, internetowej platformie do badań crowdsourcingowych.
Wolontariusze z całego świata mogą się zarejestrować i poznać, jak wyglądają prawdziwe sygnały z egzoplanet, a następnie przejrzeć rzeczywiste dane zebrane z teleskopu Keplera, aby zagłosować, czy zaklasyfikować dany sygnał jako tranzyt, czy po prostu szum. Każdy potencjalny sygnał tranzytowy analizowany jest przez co najmniej dziesięć osób i potrzebuje przynajmniej 90% głosów na tak, aby można go było uwzględnić w dalszej charakterystyce – mówi Christiansen.
Na początku kwietnia, w ciągu pierwszych 48 godzin od wprowadzenia projektu, eksperci Exoplanet Explorers otrzymali ponad dwa miliony klasyfikacji od ponad dziesięciu tysięcy użytkowników, którzy mieli dostęp do zupełnie nowego zestawienia danych z misji K2 (reinkarnacja misji Kepler, która zakończyła się trzy lata temu). Misja K2 ma całkowicie nowe pole widzenia i zbiór gwiazd, wokół których można szukać planet. Żaden zawodowy astronom nie obejrzał jeszcze tego zbioru danych, nazwanego C12.
Crossfield i Christiansen dołączyli do astronoma z NASA, Geerta Barentsena, który analizował te wyniki w miarę ich pojawiania się. Wykorzystując głębokość krzywej tranzytu i częstotliwość, z jaką się pojawiał, oszacowali, jak duża jest potencjalna planeta i jak blisko swojej gwiazdy krąży. Drugiej nocy programu naukowcy omówili demografię dotychczas odkrytych planet – 44 planety wielkości Jowisza, 72 wielkości Neptuna, 44 wielkości Ziemi i 53 tak zwane superziemie, które są większe od Ziemi ale mniejsze od Neptuna.
Chcieliśmy znaleźć coś sensacyjnego do ogłoszenia w ostatnią noc, więc początkowo przeczesywaliśmy kandydatki na planety, aby znaleźć tę krążącą w strefie nadającej się do zamieszkania – rejonie wokół gwiazdy, w którym może znajdować się woda w stanie ciekłym. Ale sprawdzenie, czy rzeczywiście jest to prawdziwa planeta, a nie fałszywy alarm, może zająć trochę czasu. Dlatego postanowiliśmy poszukać układu złożonego z kilku planet, gdyż bardzo trudno jest uzyskać fałszywy sygnał kilku planet – mówi Christiansen.
Christiansen posortowała zgromadzone dane, aby znaleźć gwiazdę z wieloma tranzytami – i odkryła taką, wokół której krążą cztery planety. Trzy z miały miały 100% głosów na „tak” od ponad dziesięciu osób a czwarta miała ich 92%. Jest to pierwszy wieloplanetarny układ odkryty w całości przez dzięki crowdsourcingowi.
Po ogłoszeniu odkrycia w Stargazing Live, Christiansen i jej koledzy kontynuowali badania i charakterystykę układu, nazwanego K2-138. Statystycznie potwierdzili zestaw sygnałów planet jako „bardzo prawdopodobne” sygnały z prawdziwych planet. Naukowcy odkryli także, że planety orbitują w interesującej relacji matematycznej, zwanej rezonansem, w którym każda planeta potrzebuje prawie dokładnie o połowę dłuższego czasu, aby okrążyć gwiazdę, niż sąsiednia planeta krążąca bliżej gwiazdy. Znaleźli także piątą planetę w tym samym łańcuchu rezonansu oraz poszlaki na istnienie szóstej.
Jest to jedyny układ planetarny z szeregiem nieprzerwanych rezonansów w tej konfiguracji, może więc dostarczyć wskazówek teoretykom, którzy chcą odkryć tajemnice formowania się i wędrówki planet.
Zegarmistrzowska architektura orbitalna tego układu planetarnego bardzo przypomina Galileuszowe księżyce Jowisza. Współrzędne orbitalne planet są zasadniczo delikatne, więc dzisiejsza konfiguracja planet K2-138 wyraźnie wskazuje na dość łagodne środowisko formowania tych odległych światów – mówi Konstantin Batygin, adiunkt nauk planetarnych i Van Nuys Page Scholar, który nie był zaangażowany w badania.
Niektóre teorie sugerują, że planety powstają w wyniku chaotycznego rozpraszania się skał i gazów oraz innej materii we wczesnych stadiach życia układu planetarnego, ale koncepcje te raczej nie doprowadzą do tak ścisłego, uporządkowanego systemu, jakim jest K2-138. To ekscytujące, że znaleźliśmy niecodzienny układ z pomocą pasjonatów – mówi Christiansen.
Gwiazda centralna jest nieco mniejsza i chłodniejsza, niż Słońce. Pięć znanych planet ma rozmiary Ziemi i Neptuna. Planeta b może być skalista, ale planety c, d, e i f prawdopodobnie zawierają duże ilości lodu i gazu. Wszystkie mają okresy orbitalne krótsze niż trzynaście dni i wszystkie są niesamowicie gorące (430–980 stopni Celsjusza).
Więcej:
Citizen Scientists Discover Five-Planet System
Źródło: Caltech
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na zdjęciu: Wizja artystyczna układu K2-138, pierwszego systemu wieloplanetarnego odkrytego przez społecznościowy projekt naukowy. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
