Il team di Kepler identifica gli impostori di pianeti che sono stelle binarie sotto mentite spoglie
Le osservazioni del satellite Kepler hanno fatto progredire la nostra conoscenza delle stelle e dei loro pianeti orbitanti, producendo più di 100 pianeti confermati e circa 3.000candidati. Tuttavia, i pianeti in orbita potrebbero non essere la fonte di una frazione di questi rilevamenti.
'Ci sono molte cose nel cielo che possono produrre segnali simili al transito che non sono pianeti, e quindi dobbiamo essere sicuri di identificare quale sia veramente un pianeta rilevato da Kepler', ha detto Stephen Bryson a Universe Today. Gli scienziati della NASA Ames Research Center Bryson e Jon Jenkins (anche presso il SETI Institute) sono gli autori principali di a nuovo documento che mira a identificare pseudo-pianeti rilevati da Keplero.
Piccole eclissi presenti nelle misurazioni di luminosità di Keplero per una stella (una curva di luce) possono essere indicative di un pianeta in orbita che blocca la luce dalla sua stella ospite (vedi immagine sotto). Tuttavia, in determinate circostanze, le stelle binarie possono imitare quella firma.
Considera un obiettivo di Keplero che è in realtà una sovrapposizione casuale di una stella luminosa e un sistema binario a eclisse più debole, per cui gli oggetti si trovano a distanze diverse lungo la linea di vista. La figura seguente illustra che la loro luce combinata può produrre una curva di luce simile a un pianeta in transito. La brillante stella in primo piano diluisce le eclissi tipicamente grandi prodotte dal sistema binario.
A sinistra, la curva di luce di una stella con un pianeta in transito, per cui il pianeta blocca una frazione minima della luce della stella ospite (credito immagine: Institute for Astronomy, University of Hawaii at Manoa). A destra, la luce combinata di una stella luminosa in primo piano e un sistema binario eclissante più debole può imitare un pianeta in transito (credito immagine: grafico e assemblaggio, D. Majaess - grafica stellare ritagliata da Collier Cameron 2012 , Natura).
“Il più delle volte questi binari a eclissenon sono esattamente allineaticon la nostra stella bersaglio', ha aggiunto Bryson, 'e possiamo esaminare attentamente i pixel per scoprire che la posizione del segnale di transito non è la stella bersaglio'. Il team ha sviluppato algoritmi per identificare gli pseudo-pianeti quando le stelle vengono risolte individualmente. Contrassegnare i rilevamenti di pianeti spuri è importante poiché ci sono numerosi candidati e tuttavia il tempo di osservazione limitato per gli sforzi di follow-up.
Il team ha perfezionato quegli algoritmi come conoscenza dei satellitisul postocomportamento aumenta. “Questi algoritmi sono stati sviluppati e utilizzati negli ultimi quattro anni. Alcuni dettagli delle tecniche nel documento sono nuovi e appariranno nelle versioni future della pipeline Kepler [elaborazione software]', ha affermato Bryson.
Tuttavia, se più stelle cadono all'interno dello stesso pixel, non vengono risolte individualmente da Kepler ed è necessario un approccio separato per dedurre la loro presenza. Considera l'esempio evidenziato nell'immagine sottostante, in cui diverse stelle non erano state risolte da Keplero ma appaiono in immagini a risoluzione più elevata. La questione è esacerbata in parte perché la risoluzione spaziale di Keplero non è ottimale, e quindi più stelle possono essere confuse come un singolo oggetto. Al contrario, alcuni telescopi terrestri possono raggiungere circa 20 volte la risoluzione spaziale di Keplero quando ottica adattiva sono implementati.
Le immagini ad alta risoluzione (pannello di destra) possono rivelare stelle che erano irrisolte nelle immagini a bassa risoluzione (pannello di sinistra, ad esempio Kepler). Le stelle irrisolte diluiscono le eclissi causate dai pianeti in transito e in alcuni casi possono influenzare fortemente i parametri derivati (credito immagine: pannello di destra da Adams et al. 2012 , arXiv/AJ – pannello sinistro, immagine sfocata per fornire uno scorcio a bassa risoluzione del bersaglio, montaggio di D. Majaess).
Adams et al. 2012 ottenuto immagini ad alta risoluzione di 90 bersagli Kepler, uno dei quali è evidenziato sopra. Quel team ha notato che 'I compagni stretti … sono particolarmente preoccupanti … Dei [90 obiettivi di Keplero intervistati] il 20% ha almeno un compagno all'interno di [mezzo pixel di Keplero]'. Le immagini ad alta risoluzione sono state acquisite tramite il Osservatorio MMT (mostrato sotto) e il telescopio Palomar Hale-200 pollici.
Ovviamente, il problema della risoluzione diventa più acuto quando si osservano ricchi campi stellari (ad alta densità), come vicino al piano della nostra Galassia.
'I binari a eclisse di fondo rappresentano fino al 35% di tutti i segnali di transito simili a pianeti quando guardiamo vicino alla Via Lattea, perché ci sono molte stelle sullo sfondo', ha detto Bryson a Universe Today. 'Quando distogliamo lo sguardo dalla Via Lattea, la frazione di binari a eclisse di fondo scende a circa il 10% di tutti i segnali di transito simili a pianeti perché ci sono molte meno stelle di sfondo di tutti i tipi'.
Tuttavia, per quanto riguarda la risoluzione più grossolana di Keplero, Bryson ha sottolineato che '[è] previsto con un telescopio da campo così grande'. L'ampio campo di Keplero è sicuramente vantaggioso, in quanto consente al satellite di monitorare oltre 100.000 stelle su oltre 100 gradi quadrati di campo.
Il ottica adattiva (AO) sistema al Osservatorio MMT fornisce agli astronomi immagini ad alta risoluzione per cercare nelle vicinanze del pianeta Keplero candidati alla contaminazione delle stelle (credito immagine: Thomas Stalcup, SPIE ).
Le misurazioni della velocità radiale sono un mezzo ideale per valutare i candidati pianeti (e per aiutare a produrre la massa). I dati sono pertinenti poiché gli spostamenti di velocità si verificano nello spettro della stella ospite a causa della gravità del pianeta. Però, Adams et al. 2012 si noti che “Molti di questi oggetti non hanno … misurazioni della velocità radiale a causa della quantità di tempo di osservazione richiesta, in particolare per i piccoli pianeti attorno a stelle relativamente deboli. È necessario un altro metodo per confermare questi tipi di pianeti... Le immagini ad alta risoluzione sono quindi una componente cruciale di qualsiasi programma di follow-up del transito».
Identificare le stelle irrisolte è cruciale per un altro motivo. Si noti che i parametri fondamentali determinati per un pianeta in transito dipendono in parte dalla frazione della luce della stella ospite che viene oscurata (la profondità dell'eclisse). Tuttavia, se esistono più stelle irrisolte, contribuiranno alla luminosità complessiva e quindi l'eclissi del pianeta osservata sarà diluita e sottovalutata (vedi figura 2, sopra). Infatti, Adams et al. 2012 nota che 'Le correzioni ai parametri planetari basate sulle stelle [contaminanti] vicine possono variare da poche a decine di percentuali, rendendo le immagini ad alta risoluzione uno strumento importante per comprendere le vere dimensioni di altri mondi scoperti'.
Il caso di K00098 è un ottimo esempio che sottolinea l'importanza di identificare le stelle contaminanti irrisolte. K00098 presenta due stelle piuttosto luminose che erano irrisolte e sconosciute prima dell'acquisizione di immagini ad alta risoluzione. Di conseguenza, i parametri precedentemente determinati per il pianeta in transito di quella stella non erano corretti. Per quanto riguarda K00098, Adams et al. 2012 ha osservato che, 'per K00098, la diluizione [della profondità dell'eclisse] … è stata sostanziale: il raggio [del pianeta] è aumentato del 10%, la massa del 60% … e la densità è cambiata del 25% [da quella pubblicata]. Senza immagini ad alta risoluzione, avremmo avuto un'immagine molto imprecisa di questo pianeta”.
Immagini a bassa e alta risoluzione di stelle nella galassia M33 . L'oggetto luminoso rilevato nell'immagine a bassa risoluzione è in realtà diverse stelle, come indicato dall'immagine a risoluzione più alta (a destra). Un effetto simile si verifica quando si confrontano Keplero (risoluzione più bassa) e A immagini (risoluzione più alta). Un singolo bersaglio Keplero può effettivamente costituire più stelle viste lungo la linea di vista (credito immagine: Mochejska et al. 2001 , arXiv).
Per inciso, la luce non spiegata da stelle irrisolte non è solo un problema per gli studi sugli esopianeti. Il problema è piuttosto pertinente quando si ricerca la scala della distanza cosmica e la costante di Hubble (tasso di espansione dell'Universo). Considera le immagini sopra che presentano lo stesso campo in M33 . L'immagine mostrata a sinistra proviene da una struttura a terra, mentre l'immagine ad alta risoluzione visualizzata a destra proviene dall'Hubble Space Telescope (HST). La stella più luminosa al centro dell'immagine è a Stella variabile Cefeide , che è una stella pulsante utilizzata per stabilire le distanze delle galassie. A loro volta queste distanze vengono successivamente impiegate per determinare la costante di Hubble. L'immagine HST rivela stelle che non sono risolte nell'immagine terrestre, e quindi la distanza dedotta da tale osservazione è compromessa poiché la Cefeide appare (spuramente) più luminosa di quanto dovrebbe essere.
'La fusione [ad esempio, l'aggiunta di luce causata da stelle irrisolte] porta a distanze sistematicamente basse delle galassie osservate con l'HST, e quindi a stime sistematicamente elevate della costante di Hubble', ha osservato Mochejska et al. 2004 . Tuttavia, è in corso un dibattito sull'importanza di tale effetto ( Ferrarese et al. 2000 , Mochejska et al. 2001 ).
In sintesi, numerosi gruppi stanno sviluppando metodi per identificare pseudo-pianeti nel database di Kepler. Dato l'ampio campione e il considerevole investimento di tempo necessari per confermare un candidato pianeta: tali sforzi sono importanti (ad es. Brison et al. 2013 ). I dati della missione Kepler hanno aiutato a far progredire la nostra comprensione delle stelle e dei loro pianeti orbitanti, e altro deve ancora venire.Se desideri aiutare il team di Kepler a identificare i pianeti intorno ad altre stelle: unisciti al Cacciatori di pianeti progetto di scienza dei cittadini.
Il Brison et al. 2013 i risultati sono stati presentati a PASP per la revisione tra pari e una prestampa è disponibile su arXiv . I coautori dello studio sono J. Jenkins, R. Gilliland, J. Twicken, B. Clarke, J. Rowe, D. Caldwell, N. Batalha, F. Mullally, M. Haas e P. Tenenbaum. Il lettore interessato che desideri ulteriori informazioni troverà pertinente quanto segue: Adams et al. 2012 , Collier Cameron 2012 (ad esempio, per altri scenari che possono imitare la curva di luce di un pianeta in transito), ' Strani nuovi mondi: la ricerca di pianeti alieni e vita oltre il nostro sistema solare 'di Ray Jayawardhana,' Vagabondi lontani: la ricerca di pianeti oltre il sistema solare ' di Bruce Dorminey. Per una discussione su come la luce proveniente da sorgenti irrisolte influenzi la scala della distanza cosmica, vedere Mochejska et al. 2004 (e per il punto di vista opposto, e successiva confutazione: Ferrarese et al. 2000 , Mochejska et al. 2001 ).