We hebben nog niets gevonden zoals het zonnestelsel. Is het een freak in de ruimte? : ScienceAlert

Sinds de historische ontdekking in 1992 Twee planeten in een baan om een ​​ster buiten ons zonnestelselEn de Duizenden nieuwe werelden Ze zijn toegevoegd aan de snelgroeiende lijst van “exoplaneten”. in de Melkweg.

We hebben hier veel dingen van geleerd Een uitgebreide catalogus van buitenaardse werelden die rond buitenaardse sterren draaien. Maar er is een klein detail dat als een zere duim uitsteekt. We hebben niets anders gevonden dan ons eigen zonnestelsel.

Dit heeft ertoe geleid dat sommigen tot de conclusie zijn gekomen dat onze moederster en zijn boezem op de een of andere manier uitschieters kunnen zijn – misschien wel het enige planetaire systeem in zijn soort.

Bij uitbreiding zou dit kunnen betekenen dat het leven zelf een anomalie is; De omstandigheden die de aarde en haar korst van zichzelf reproducerende chemie hebben gevormd, zijn moeilijk te repliceren.

Als je alleen naar de cijfers kijkt, zijn de vooruitzichten somber. Veruit de meest talrijke exoplaneten die we tot nu toe hebben geïdentificeerd, zijn van een type waarvan niet bekend is dat ze bevorderlijk zijn voor leven: reuzen en subplaneten, van de gas- en mogelijk ijsvariant.

De meeste exoplaneten die we tot nu toe hebben gezien, draaien heel dicht om hun sterren heen en omhelzen ze praktisch; Zo dichtbij dat de zinderende temperaturen ver boven hun bekende bewoonbare bereik zouden liggen.

Het is waarschijnlijk dat als we doorgaan met zoeken, de statistieken in evenwicht zullen komen en we meer plaatsen zullen zien die ons aan onze eigen achtertuin herinneren. Maar de kwestie is veel complexer dan alleen naar de cijfers kijken. Exoplaneetwetenschap wordt beperkt door de mogelijkheden van onze technologie. Sterker nog, onze indruk van de ware verscheidenheid aan buitenaardse werelden dreigt onze verbeeldingskracht te beperken.

Wat er echt in de Melkweg en daarbuiten is, kan heel anders zijn dan wat we werkelijk zien.

verwachtingen en hoe deze te dwarsbomen

Exoplaneetwetenschap heeft een geschiedenis van het ondermijnen van verwachtingen, vanaf het begin.

“Als je teruggaat naar die wereld waarin je als kind bent opgegroeid, kennen we maar één planetair systeem,” Planetaire wetenschapper Jonty Horner van de Universiteit van Zuid-Queensland vertelde ScienceAlert.

En dus was het een soort impliciete aanname, soms een expliciete aanname, dat alle planetaire systemen zo zullen zijn. Weet je, je hebt rotsachtige planeten in de buurt van de ster die heel klein is, en je hebt gasreuzen ver weg van de ster die heel groot was. En zo zullen planetaire systemen zijn.”

Hierdoor kostte het wetenschappers enige tijd om een ​​exoplaneet te identificeren die in een baan om een ​​hoofdreeksster draait, zoals onze zon. Als we aannemen dat andere zonnestelsels vergelijkbaar zijn met het onze, dan kan het jaren duren voordat de tekenen van zware planeten die aan hun sterren slepen worden gedetecteerd, net zoals het jaren duurt voordat onze gasreuzen hun banen voltooien.

Op basis van zulke lange perioden van een enkele meting lijkt het niet de moeite waard om door een relatief korte geschiedenis van waarnemingen van zoveel sterren te spitten om definitief het mede-zonnestelsel op de hoofdreeks te onderzoeken.

Toen ze eindelijk keken, was het een Een exoplaneet die ze vonden, lijkt daar niet op Wat hadden ze verwacht: gas gigant De helft van de massa (en tweemaal het volume) van Jupiter Het draait heel dicht bij zijn gastster, heeft een jaar van 4,2 dagen en zijn atmosfeer brandt bij temperaturen van ongeveer 1.000 graden Celsius (1.800 graden Fahrenheit).

Sindsdien hebben we geleerd dat deze planeten van het type “Hot Jupiter” helemaal niet exotisch zijn. Ze lijken in ieder geval relatief vaak voor te komen.

We weten nu dat er veel meer diversiteit in de melkweg is dan wat we in ons thuissysteem zien. Het is echter belangrijk om er niet van uit te gaan dat wat we momenteel kunnen waarnemen, alles is wat de Melkweg te bieden heeft. Als er zoiets is als ons zonnestelsel, is het zeer waarschijnlijk dat het onze detectiemogelijkheden te boven gaat.

“Het is erg moeilijk voor ons om dingen als het zonnestelsel te vinden, ze zijn op dit moment technologisch een beetje buiten ons bereik”, zegt Horner.

“Het is zeer onwaarschijnlijk dat aardse planeten zullen worden vastgelegd met een van de onderzoeken die we tot nu toe hebben uitgevoerd. Het is zeer onwaarschijnlijk dat u zult kunnen vinden KwikEn de VenusAarde en Mars rond een ster als de zon.

Hoe vind je een planeet?

Laten we helemaal duidelijk zijn: stijlen Die we gebruiken om ongelooflijk slimme exoplaneten te detecteren. Er zijn momenteel twee werkende eenheden van de exoplanet-ontdekkingskit: de transitmethode en de radiale snelheidsmethode.

Hoe dan ook, je hebt een telescoop nodig die gevoelig is voor zeer subtiele veranderingen in het licht van een ster. De signalen waarnaar elke persoon op zoek is, kunnen echter niet meer verschillen.

Voor de transitmethode heb je een telescoop nodig die de ster gedurende lange tijd in zijn zicht kan houden. Dat is de reden waarom instrumenten zoals NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) een formidabele kracht zijn, in staat om een ​​deel van de hemel vast te zetten voor meer dan 27 dagen zonder te worden onderbroken door de draaiing van de aarde.

Binnenvallende astronomie gif één exoplaneet tegelijk! Dit keer met een animatie die de transitmethode laat zien om exoplaneten te ontdekken pic.twitter.com/2ZHv24DRTH

– Alyssa Ubertas (parodie) (AstroAlysa) 1 september 2021

Het doel van dit soort telescopen is het identificeren van een transitsignaal – wanneer een exoplaneet tussen ons en zijn gastheerster passeert, als een kleine wolk die een deel van de zonnestralen blokkeert. Deze lichtdips zijn klein, zoals je je kunt voorstellen. Eén flits is niet genoeg om met zekerheid het bestaan ​​van een exoplaneet af te leiden; Er zijn veel dingen die het licht van een ster kunnen dimmen, en veel daarvan zijn eenmalige gebeurtenissen. Meerdere transits, vooral die met regelmatige periodiciteit, worden als de gouden standaard beschouwd.

Daarom hebben grotere exoplaneten die zich in kortere omlooptijden bevinden, dichter bij hun sterren dan Mercurius bij de zon is (sommige veel dichterbij, in banen van minder dan één aardse week), de voorkeur in de gegevens.

Mocht je het gemist hebben, mijn gif dat laat zien hoe je exoplaneten kunt detecteren via de radiale snelheidsmethode is nu beschikbaar in de donkere modus! pic.twitter.com/P4yvXQVSUt

– Alyssa Ubertas (parodie) (AstroAlysa) 15 augustus 2022

De radiale snelheidsmethode detecteert de trilling van een ster die wordt veroorzaakt door de zwaartekracht van een exoplaneet terwijl deze in zijn baan oscilleert. Het planetaire systeem, zie je, draait niet echt rond een ster, maar danst in een gecoördineerde beweging. De ster en de planeten draaien rond een gemeenschappelijk zwaartepunt dat bekend staat als het zwaartepunt. voor het zonnestelselDit is een punt heel, heel dicht bij het oppervlak van de zon, of net erbuiten, voornamelijk vanwege de invloed van de zon JupiterWelke meer dan twee keer De massa van alle resterende planeten samen.

In tegenstelling tot een transitflitsgebeurtenis, is een verschuiving in de positie van een ster een continue verandering die niet constant gecontroleerd hoeft te worden om op te merken. Dankzij die beweging kunnen we de beweging van verre sterren in een baan om hun baryonische centra detecteren verandert hun licht Vanwege iets dat het Doppler-effect wordt genoemd.

Terwijl de ster naar ons toe beweegt, worden de lichtgolven die in onze richting komen enigszins gecomprimeerd, naar het blauwere uiteinde van het spectrum toe; Terwijl je weggaat, strekken de golven zich uit naar de rode punt. Een regelmatige “wiebeling” in het licht van de ster duidt op de aanwezigheid van een baangenoot.

Nogmaals, de gegevens hebben de neiging om grotere planeten te bevoordelen die een sterkere invloed van de zwaartekracht hebben, op kortere banen en dichter bij hun ster.

Afgezien van deze twee opmerkelijke methoden, is het soms mogelijk om een ​​exoplaneet direct in beeld te brengen terwijl deze om zijn ster draait. Hoewel het erg moeilijk is om te doen, kan het vaker voorkomen In het JWST-tijdperk.

Volgens astronoom Daniel Baylis van de University of Warwick in het Verenigd Koninkrijk zou deze benadering een bijna tegenovergestelde klasse aan het licht brengen Van een exoplaneet tot een variant met een korte baan. Om een ​​exoplaneet te kunnen zien zonder overweldigd te worden door de schittering van zijn moederster, zouden de twee objecten zeer ver van elkaar verwijderd moeten zijn. Dit betekent dat de directe beeldvormingsmethode de voorkeur geeft aan planeten in relatief lange banen.

Grotere exoplaneten kunnen echter om voor de hand liggende redenen nog steeds gemakkelijk worden gespot met deze methode.

“Elke detectiemethode heeft zijn eigen vooroordelen”, legt Bayliss uit.

Hij voegt eraan toe dat de aarde met een ring van een jaar rond de zon tussen de twee uiteinden van de baan ligt die door verschillende detectietechnieken wordt begunstigd, dus “het vinden van planeten met een baan van een jaar is nog steeds erg moeilijk.”

Wat is daar?

Tot nu, De meest talrijke groep Van de buitenplaneten is een klasse die niet eens in het zonnestelsel vertegenwoordigd is. Dit is Minor Neptunus – met gas bedekte exoplaneten die kleiner zijn dan Neptunus en groter dan de aarde.

De meeste bevestigde exoplaneten bevinden zich in banen die veel korter zijn dan die van de aarde; Sterker nog, meer dan de helft van hen heeft een baan van minder dan 20 dagen.

We hebben de meeste exoplaneten gevonden die rond enkele sterren cirkelen, zoals onze zon. Minder dan 10 procent in meersterrensystemen. na mDe meeste sterren in de Melkweg zijn lid van meerdere sterrenstelsels, met schattingen tot 80 procent in een partnerschap in een baan om ten minste één andere ster.

Denk daar even over na. Betekent dit dat exoplaneten vaker voorkomen rond enkele sterren – of dat exoplaneten rond meerdere sterren moeilijker te detecteren zijn? De aanwezigheid van meer dan één lichtbron kan de zeer vergelijkbare (maar veel kleinere) signalen die we van exoplaneten proberen te detecteren, vervormen of maskeren, maar het kan ook een reden zijn waarom meersterrensystemen de vorming van planeten op de een of andere manier bemoeilijken.

En dat brengt ons weer terug naar huis, naar ons eigen zonnestelsel. Hoe vreemd het huis ook klinkt in de context van alles wat we hebben gevonden, het is misschien helemaal niet ongewoon.

“Ik denk dat het redelijk is om te zeggen dat er eigenlijk heel veel voorkomende soorten planeten ontbreken in ons zonnestelsel”, zegt Bayliss.

“Superplaneten die een beetje op de aarde lijken, maar twee keer zo groot zijn, en zoiets hebben we niet. We hebben deze kleine Neptunes niet. Dus ik denk dat het redelijk is om te zeggen dat er een aantal heel gewone planeten zijn die we niet hebben.” t zien in ons zonnestelsel.

“Nu, of dat ons zonnestelsel nu schaars maakt of niet, ik denk dat ik niet zo ver zou gaan. Omdat er misschien nog veel andere sterren zijn met een aantal planeten van het zonnestelsel die we nog niet hebben gezien.” nog.”

Op het punt om erachter te komen

De eerste exoplaneten werden pas 30 jaar geleden ontdekt en ze draaien om A pulsar, een ster die totaal anders is dan de onze. Sindsdien is de technologie uit het zicht verbeterd. Nu wetenschappers weten waarnaar ze moeten zoeken, kunnen ze steeds betere manieren bedenken om het rond een grotere verscheidenheid aan sterren te vinden.

En naarmate de technologie vordert, groeit ook ons ​​vermogen om steeds kleinere werelden te vinden.

Dit betekent dat de exoplaneetwetenschap op het punt staat duizenden werelden te ontdekken die voor ons huidige zicht verborgen zijn. Zoals Horner opmerkt, zijn er in de astronomie meer kleine dingen dan grote dingen.

Rode dwergsterren zijn hier een perfect voorbeeld van. Ze zijn het meest voorkomende type ster in de Melkweg – en ze zijn erg klein, tot ongeveer de helft van de massa van de zon. Het is zo klein en zwak dat we het niet met het blote oog kunnen zien, maar toch is het verantwoordelijk tot 75 procent van alle sterren in de melkweg.

Op dit moment, als het gaat om het statistisch begrijpen van exoplaneten, werken we met onvolledige informatie, omdat er soorten werelden zijn die we niet kunnen zien.

Dit gaat zeker veranderen.

“Ik heb het knagende gevoel dat als je over 20 jaar terug zou gaan, je met net zoveel scepsis zou kijken naar die beweringen dat mini-Neptunus het meest voorkomende type planeet is als wanneer je terugkijkt naar verklaringen uit de vroege jaren 1990 zei ze je Je krijgt alleen rotsachtige planeten direct naast de ster”, vertelde Horner aan ScienceAlert.

“Nu kan bewezen worden dat ik ongelijk heb. Dat is hoe wetenschap werkt. Maar ik denk dat wanneer we op het punt komen dat we dingen ter grootte van de aarde en kleiner kunnen ontdekken, we zullen ontdekken dat er meer dingen zijn ter grootte van de aarde. en kleiner dan er zijn dingen ter grootte van Neptunus.” .”

En misschien zullen we ontdekken dat ons grillige kleine planetaire systeem, met al zijn eigenaardigheden en wonderen, toch niet alleen is in het universum.