Kepler uzay teleskop tespit edilmemiş gezegenler

Kepler uzay teleskopu gezegenleri yıldızın ötesine geçen gezegenlerin parlaklıktaki düşüşe göre algılar.

Bu, yörüngeleri yıldız ve teleskop arasındaki yolu geçmediği için tespit edilemeyen yörüngesine sahip bilinmeyen miktarda gezegen olduğu anlamına gelmez mi?

Doğru. Yıldızların etrafındaki yörünge düzleminin eğimi galaksi boyunca rastgele kabul edilir, bu nedenle geçiş yöntemiyle tespit edebildiğimiz gezegenler, yıldız mahallemizde beklememiz gereken gezegenlerin sadece küçük bir kısmıdır.

Geçiş yöntemi, yalnızca Dünya'dan sisteme bakış açısı gezegenin yörüngesel düzleminde bulunduğunda veya neredeyse içerdiğinde gezegensel algılamaya izin verir . Bu, her yıldızda yalnızca çok küçük bir yörünge eğiminin tespit için iyi olduğu anlamına gelir.

Neden neredeyse dedim ki? Çünkü yine de geçiş sağlayacak bazı eğilimler var. Bu aralık sabit değildir ve gezegenin ana yıldızına olan uzaklığına bağlıdır. Bu şemada görebileceğiniz gibi:

A gezegeni yıldıza daha yakındır ve böylece daha geniş bir gölge oluşturur. Eğer o gölgeli bölgede bir gözlemci yer alıyorsa, A gezegenini tespit edebilir. Bunun yerine B gezegeni yıldızdan daha uzaktır ve dolayısıyla gölgesi daha dardır. Buradaki her iki gezegen de aynı yörünge düzlemini paylaşsa bile, sadece A gezegenini ve asla B gezegenini tespit edemeyeceğiniz yerler olduğunu belirtmek ilginçtir (yeşil oklara bakınız). Yıldızlarına daha yakın dönen gezegenlere karşı önyargılı olmamızın nedeni budur.

Bu etki aslında oldukça güçlü: Güneş Sistemimizi dışsal bir perspektiften düşünün. Gökyüzünde rastgele bir yıldızda olsaydınız, bir Dünya transitini tespit etme şansınız nedir? Merkür en küçük gezegen olsa bile, Güneş'e yakınlığı nedeniyle bir Merkür geçişini tespit etmenin daha muhtemel olduğu ortaya çıkıyor. Yakın tarihli bir makale , bazı yabancı sakinlerin gezegenlerimizin her biri için bir geçiş noktası belirleyeceği gökyüzündeki bölgelerin bu diyagramını gösterdi:

Gördüğünüz gibi Merkür daha geniş bir şeride sahiptir. Ayrıca, yörüngelerin boyutlarındaki bu farklılıklar nedeniyle (hadi referans olarak yarı ana ekseni, , referans olarak kullanacağız) ve yörünge eğimlerinde küçük farklılıklar nedeniyle, tüm gökyüzünde uzaylı aynı anda dörtten fazla gezegenimizi transit yöntemle tespit edebiliyordu. Evrende tüm Güneş Sistemi gezegenlerinin tespit edilebileceği bir yer yok.$a$

Tespit yöntemi, ayrıca yıldız, göreli boyutlarına bağlıdır ve gezegen : (Dünya bakıldığı zaman) daha büyük bir yıldız daha büyük bir diske sahip kolay olabilir bombaladı bir gezegen tarafından ve daha büyük bir gezegen daha kolay ise photobomb olabilir daha büyük.$R_s$$R_p$

Sonuç bir gezegen artar tespit bu olasılık / her ikisini arttırmak olarak olmasıdır ve biz bir yıldızın mesafeyi azaltmak gibi artar . İlişki bu durumda:$R_p$$R_s$$a$

$P \sim (R_s+R_p)/a$

Bu ilişki birkaç gözlemsel önyargı ortaya çıkarır. Yıldızlarına büyük ve yakın olan dış gezegenleri görebiliriz, ancak küçük ve daha uzak gezegenleri göremeyiz. İlk tespit edilen dış gezegenlerin sıcak Jüpiterler olmasının nedeni budur : yıldızlarına Merkür'ün Güneş'ten çok daha yakın olan dev gezegenler. Bu diyagram, yörünge mesafesine karşı boyutta çizilen tüm dış gezegen tespitlerini gösterir:

Gördüğünüz gibi, küçük gezegenler sadece yıldızlarının etrafında çok küçük yörüngeler varsa tespit edilebilir. Geçiş yöntemini kullanarak Dünya büyüklüğünde (oldukça küçük) ve 365 günlük yörünge periyodu (1 AU mesafe) olan bir gezegen bulmadık. Bunun toplam gezegen popülasyonunu temsil ettiğini düşünmek için hiçbir neden yoktur. Arsadaki siyah bölge muhtemelen noktalarla dolu, ancak enstrümanlarımız henüz bu bölgeyi keşfe çıkamıyor.

Kepler teleskopunun yarım milyondan fazla yıldızı tespit edebileceği bir görüş alanına sahip bir kamerası vardı, ancak görev sırasında izlenen gerçek yıldız sayısı yaklaşık 150.000 yıldızdı (bu yıldızlar iyi sinyallere sahipti ve görev için mükemmel hedeflerdi) ) . Bu 150.000 yıldız için Kepler 1.205 yıldızda dağıtılan 2.345 dış gezegen buldu . Kepler tarafından hedeflenen her yıldız için, bazı gezegen bulma olasılığının yaklaşık olduğunu söyleyebiliriz . Bu, geçişlerle sonuçlanan yörünge eğimlerinin oluşumu hakkında bir tahmin vermelidir.$0.8\;\%$

Gerçek şu ki, bu sayı çok küçük, çünkü Kepler'in birkaç önyargısı var. Örneğin, Kepler gezegenleri ancak üç geçiş tespit edildikten sonra doğruladı. Kepler misyonu dört yıl dört ay sürdüğünden beri, en iyi durumda senaryoda Kepler'in yörünge dönemi olan bir gezegeni iki yıl iki ay kadar tespit edebildiğini söyleyebiliriz, ancak bunun için bile böyle değil bir transitin gerçekleşmesi, görevin başında, tam ortasında ve tam sonunda tespit edilmiş olmalı ve bu tesadüf gerçekleşmedi. Böylece, Kepler , yörünge eğimi geçiş için mükemmel bir şekilde eşleşse bile , iki yıldan daha uzun sürelere sahip herhangi bir gezegeni keşfetme şansı yoktu (Dünya için yeterli, ancak Jüpiterimiz için yeterli değil).. Bu nedenle, Kepler teleskopu tarafından tasvir edilenlerden daha fazla geçiş bekleyebilirsiniz.

Aslında, yıldızlarına yakın gezegenler için, bir geçişe izin vermek için rastgele bir hizalama olasılığının olduğu tahmin edilmektedir . Güneş'imiz kadar büyük yıldızlar ve Dünya ile aynı mesafede bulunan gezegenler için, bu rastgele meydana gelme olasılığı düşer . Bu nedenle, gezegenlerin tüm çeşitliliği ile (ana yıldızlarına boyutlar ve mesafeler açısından) Kepler için algılama oranı beklemek mantıklıdır (eğer üç geçişi gözlemlemek için zaman kısıtlaması da eklersek).$10\;\%$$0.47 \;\%$$0.8\;\%$

Bir inanılmaz bir sayıdır! Bu, geçiş yöntemi ile tespit ettiğimiz her Dünya benzeri gezegen için, geçiş yöntemi tarafından tespit edilemeyen başka yıldızların etrafında dönen başka bir 213 Dünya benzeri gezegen beklememiz gerektiği anlamına gelir.$0.47\;\%$

Bu tür akıl yürütmeler genişletildi. Bunları tespit etmek için birçok zorluğumuz var, ancak bu zorluğu ve bilinen enstrümanlarla ilişkili karşılık gelen önyargıları matematiksel olarak modellerseniz ve rastgele konfigürasyonlar varsa, her keşfin gerçekten orada olan olası gezegenlerin miktarına istatistiksel önem verdiğini görebilirsiniz. . Nihayetinde, galaksimizde yıldızlardan daha fazla gezegen olduğu (tüm nüfusun sonsuz bir kısmını araştırmış olsak bile), bu beklenen bir şey olsa bile, istatistiksel olarak güvenle kurabileceğimiz çok fazla tespit var. Kepler sayesinde bunun için güçlü kanıtlar. Bu , Samanyolu'nda yaklaşık bir trilyon veya daha fazla bitkinin olabileceği anlamına gelir. Artık Kepler sayesinde Dünya benzeri gezegenlerin (güneş benzeri yıldızlarının yaşanabilir bölgesinde yörüngede dönme) oluşumu hakkında bazı istatistiksel kısıtlamalar da kurabiliyoruz. Galaksimizde bu spesifikasyonlarla muhtemelen yaklaşık 11 milyar gezegen var .

TL; DR

Aradığın gezegenin büyüklüğüne ve yörünge dönemine bağlı olarak, transit yöntemiyle tespit edebileceğimizden çok daha fazla gezegen var.

Evet.

$r/a$$r$$a$

$a/r$

$r \ll a$

$(1 - e^2)$$a$

Basit bir denklemle yakalanamayan son detay biti, gözlemlerin sınırlı kadansı veya görev döngüsü nedeniyle geçişi yakalama şansıdır.

Kepler gibi bir görev için bile, geçiş süresinin sadece bir veya iki gözlem noktasını kapsayabileceği bir sınır gelir ve bir geçişi fark etmek zorlaşır. Elbette, görev süresi sadece tek bir geçişi kapsıyorsa, gezegen doğasının doğrulanamaması için.

$a$

Son olarak, gözlemlerin sinyal / gürültü oranını hesaba katmalısınız. Daha sönük yıldızların etrafındaki daha küçük gezegenler, algılanması daha zor olan geçiş sinyalleri üretir.

Bu sorunlar yalnızca gözlemsel verilerin simülasyonları yapılarak ele alınabilir (ve ele alınabilir).