اكتشف العلماء الذين يعملون مع بيانات من مهمة كبلر 18 عالمًا إضافيًا بحجم الأرض. استخدم الفريق طريقة أحدث وأكثر صرامة للتمشيط عبر البيانات للعثور على هذه الكواكب. من بين 18 أصغر كوكب خارجي تم العثور عليه على الإطلاق.
كانت مهمة كيبلر ناجحة للغاية ، ونحن نعرف الآن أكثر من 4000 كوكب خارجي في أنظمة الطاقة الشمسية البعيدة. ولكن هناك خطأ فادح في أخذ العينات في بيانات كيبلر: كان من السهل على المركبة الفضائية العثور على كواكب كبيرة بدلاً من صغيرة. معظم الكواكب الخارجية كيبلر هي عوالم هائلة ، قريبة من حجمها لعملاق الغاز المشتري وزحل.
من السهل أن نفهم سبب ذلك. من الواضح أن العثور على كائنات أكبر أسهل من العثور على كائنات أصغر. لكن فريقًا من العلماء في ألمانيا طوروا طريقة للبحث عن بيانات كيبلر ووجدوا 18 كوكبًا صغيرًا بحجم الأرض تقريبًا. هذا مهم.
"تساعد الخوارزمية الجديدة لدينا في رسم صورة أكثر واقعية لمجموعة الكواكب الخارجية في الفضاء."
مايكل هيبك ، مرصد سونبيرج.
في حال لم تكن على دراية بتقنيات اصطياد الكواكب ، والمركبة الفضائية كيبلر على وجه التحديد ، فقد استخدمت ما يسمى "طريقة العبور" للعثور على الكواكب. في كل مرة يمر كوكب أمام نجمه ، يسمى ذلك العبور. تم ضبط كبلر بدقة للكشف عن انخفاض ضوء النجوم الناتج عن عبور كوكب خارج المجموعة الشمسية.
الانخفاض في ضوء النجوم ضئيل ، ومن الصعب اكتشافه. ولكن تم بناء كبلر لهذا الغرض. يمكن للمركبة الفضائية كيبلر ، إلى جانب ملاحظات المتابعة مع التلسكوبات الأخرى ، تحديد حجم الكوكب ، وحتى الحصول على مؤشر لكثافة الكوكب وخصائص أخرى.
اشتبه العلماء بشدة في أن بيانات كبلر لم تكن تمثل سكان الكواكب الخارجية بسبب تحيز العينات. يتعلق الأمر كله بتفاصيل كيفية استخدام كيبلر لطريقة العبور للعثور على الكواكب الخارجية.
منذ أن قام كيبلر بفحص أكثر من 200.000 نجم للكشف عن الانخفاضات في ضوء النجوم الناتجة عن عبور الكواكب الخارجية ، كان يجب إجراء الكثير من تحليل بيانات كيبلر بواسطة أجهزة الكمبيوتر. (لا يوجد عدد كافٍ من طلاب الدراسات العليا في علم الفلك الفقراء في العالم للقيام بالعمل.) لذلك اعتمد العلماء على الخوارزميات لتمشيط بيانات كيبلر لعبور.
يوضح الدكتور رينيه هيلر من MPS ، المؤلف الأول للمنشورات الحالية: "تحاول خوارزميات البحث القياسية تحديد الانخفاض المفاجئ في السطوع". "في الواقع ، يبدو القرص النجمي أغمق قليلاً عند الحافة منه في المنتصف. عندما يتحرك كوكب أمام نجم ، فإنه يحجب في البداية ضوء النجوم أقل مما كان عليه في منتصف وقت العبور. ويوضح أن التعتيم الأقصى للنجم يحدث في وسط العبور قبل أن يصبح النجم أكثر إشراقًا تدريجيًا مرة أخرى ".
هنا يصعب اكتشاف الكواكب الخارجية. لا يتسبب كوكب أكبر فقط في انخفاض سطوع أكبر من كوكب أصغر ، ولكن سطوع النجم يتقلب بشكل طبيعي أيضًا ، مما يجعل من الصعب اكتشاف الكواكب الصغيرة.
كانت خدعة هيلر وفريق علماء الفلك هي تطوير خوارزمية مختلفة أو ربما "أذكى" تأخذ في الاعتبار منحنى ضوء النجم. بالنسبة لمراقب مثل كيبلر ، فإن وسط النجم هو الأكثر سطوعًا ، وتسبب الكواكب الكبيرة تعتيمًا واضحًا وسريعًا للغاية للضوء. ولكن ماذا عن حافة النجم أو طرفه. هل من الممكن أن تكون الكواكب الصغيرة لم تكتشف في هذا الضوء الخافت؟
من خلال تحسين حساسية خوارزمية البحث ، تمكن الفريق من الإجابة على هذا السؤال بـ "نعم" مقنعة.
"في معظم أنظمة الكواكب التي درسناها ، الكواكب الجديدة هي الأصغر."
كاي رودينبيك ، جامعة جوتنجن ، مبس.
يلخص مايكل هيبكي من مرصد سونبيرغ: "تساعد الخوارزمية الجديدة لدينا على رسم صورة أكثر واقعية لمجموعة الكواكب الخارجية في الفضاء". "تشكل هذه الطريقة خطوة مهمة إلى الأمام ، خاصة في البحث عن الكواكب الشبيهة بالأرض."
النتائج؟ قال المؤلف المشارك كاي رودنبيك من جامعة جوتنجن ومعهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي: "في معظم أنظمة الكواكب التي درسناها ، تكون الكواكب الجديدة هي الأصغر". لم يكتشفوا فقط 18 كوكبًا إضافيًا بحجم الأرض ، لكنهم وجدوا أصغر كوكب خارجي حتى الآن ، فقط 69 ٪ من حجم الأرض. والأكبر من الـ 18 بالكاد يبلغ ضعف حجم الأرض. هذا يتناقض بشكل حاد مع معظم الكواكب الخارجية التي عثر عليها كبلر ، والتي تقع في نطاق حجم المشتري وزحل.
هذه الكواكب الجديدة ليست صغيرة فحسب ، ولكنها أقرب إلى نجومها من أشقائها المكتشفة سابقًا. لذا ، لا تعطينا الخوارزمية الجديدة فقط صورة أكثر دقة لمجموعات الكواكب الخارجية من حيث الحجم ، ولكنها أيضًا تعطينا صورة أوضح لمداراتها.
نظرًا لقربها من نجومها ، فإن معظم هذه الكواكب هي عبارة عن عناصر حرارية ذات درجات حرارة سطحية تزيد عن 100 درجة مئوية ، وبعضها يتجاوز 1000 درجة مئوية. ولكن هناك استثناء واحد: يدور أحدهم حول نجم قزم أحمر ويبدو أنه في المنطقة الصالحة للسكن ، حيث قد تستمر المياه السائلة.
قد يكون هناك المزيد من الكواكب الخارجية الأصغر المخفية في بيانات كبلر. حتى الآن ، استخدم هيلر وفريقه فقط تقنيتهم الجديدة على بعض النجوم التي فحصها كيبلر. ركزوا على ما يزيد قليلاً عن 500 نجم كيبلر التي كانت معروفة بالفعل باستضافة الكواكب الخارجية. ماذا سيجدون إذا فحصوا النجوم الـ 200 ألف الأخرى؟
إنها حقيقة علمية أن كل طريقة لقياس شيء ما لها انحياز متأصل في أخذ العينات. إنه أحد القيود في أي دراسة علمية. يقر الفريق الذي يقف وراء خوارزمية الكواكب الخارجية الجديدة تمامًا أن طريقتهم قد تحتوي أيضًا على تحيز لأخذ العينات.
يمكن أن يكون للكواكب الأصغر في المدارات البعيدة فترات مدارية طويلة جدًا. في نظامنا الشمسي ، يستغرق بلوتو 248 سنة لإكمال مدار واحد حول الشمس. لاكتشاف كوكب من هذا القبيل ، قد يستغرق الأمر ما يصل إلى 248 عامًا من المراقبة قبل اكتشاف العبور.
ومع ذلك ، فإنهم يتوقعون أنهم سيجدون أكثر من 100 كوكب خارجي خارجي بحجم الأرض في بقية بيانات كيبلر. هذا قليل جدًا ، ولكن قد يكون تقديرًا متواضعًا ، مع الأخذ في الاعتبار أن بيانات كيبلر تغطي أكثر من 200،000 نجمة.
ستمتد قوة خوارزمية البحث الجديدة إلى ما بعد بيانات كيبلر. وفقا للأستاذ الدكتور لوران جيزون ، المدير الإداري في MPS ، يمكن لبعثات البحث عن كوكب المستقبل استخدامها أيضًا لتحسين نتائجها. وقال البروفيسور جيزون: "هذه الطريقة الجديدة مفيدة أيضًا بشكل خاص للتحضير لمهمة PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) التي ستطلقها وكالة الفضاء الأوروبية في عام 2026".
نشر الفريق نتائجهم في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية. ورقتهم بعنوان "مسح المربعات الصغرى العابرة. II. اكتشاف والتحقق من 17 كوكبًا جديدًا بحجم دون الأرض في أنظمة متعددة الكواكب من K2 ".
