En ny statistisk studie av planeter som hittats med en teknik som kallas gravitationsmikrolensering tyder på att Neptunus-massa världar sannolikt är den vanligaste typen av planeter som bildas i de iskalla yttre världarna av planetsystem. Studien ger den första indikationen på de typer av planeter som väntar på att hittas långt från en värdstjärna, där forskare misstänker att planeter bildas mest effektivt.

"Vi har hittat den uppenbara sötpunkten i storlekarna på kalla planeter. I motsats till några teoretiska förutsägelser, vi utgår från nuvarande upptäckter att de flesta har massor som liknar Neptunus, och det verkar inte finnas den förväntade ökningen av antalet vid lägre massor, "sa forskaren Daisuke Suzuki, en postdoktoral forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och University of Maryland Baltimore County. "Vi drar slutsatsen att Neptunus-massplaneter i dessa yttre banor är ungefär 10 gånger vanligare än Jupitermassplaneter i Jupiter-liknande banor."

Gravitationsmikrolensering utnyttjar ljusböjningseffekterna av massiva föremål som förutses av Einsteins allmänna relativitetsteori. Det uppstår när en förgrundsstjärna, linsen, slumpmässigt anpassar sig till en avlägsen bakgrundsstjärna, källan, sett från jorden. När linsstjärnan driver i sin bana runt galaxen, inriktningen skiftar från dagar till veckor, ändra källans skenbara ljusstyrka. Det exakta mönstret för dessa förändringar ger astronomer ledtrådar om linsstjärnans natur, inklusive alla planeter den kan vara värd för.

"Vi bestämmer huvudsakligen massförhållandet mellan planeten och värdstjärnan och deras separation, "sa lagmedlemmen David Bennett, en astrofysiker på Goddard. "För cirka 40 procent av mikrolinseringsplaneterna, vi kan bestämma värdstjärnans massa och därmed planetens massa. "

Mer än 50 exoplaneter har upptäckts med hjälp av mikrolinsering jämfört med tusentals upptäckta med andra tekniker, såsom att upptäcka rörelse eller dimma av en värdstjärna orsakad av närvaro av planeter. Eftersom de nödvändiga anpassningarna mellan stjärnorna är sällsynta och sker slumpmässigt, astronomer måste övervaka miljontals stjärnor för de lysande ljusstyrka som visar en mikrolinseringshändelse.

Dock, mikrolinsering har stor potential. Det kan upptäcka planeter hundratals gånger mer avlägsna än de flesta andra metoder, tillåter astronomer att undersöka en bred sträcka av vår Vintergatans galax. Tekniken kan lokalisera exoplaneter vid mindre massor och större avstånd från sina värdstjärnor, och det är tillräckligt känsligt för att hitta planeter som flyter genom galaxen på egen hand, obundet till stjärnor.

NASAs Kepler- och K2 -uppdrag har varit utomordentligt framgångsrika med att hitta planeter som dämpar deras värdstjärnor, med mer än 2, 500 bekräftade upptäckter hittills. Denna teknik är känslig för närliggande planeter men inte mer avlägsna. Mikrolinseringsundersökningar kompletterar bäst sondera de yttre delarna av planetsystem med mindre känslighet för planeter närmare deras stjärnor.

"Genom att kombinera mikrolinsering med andra tekniker får vi en tydligare helhetsbild av planetens innehåll i vår galax, "sa teammedlem Takahiro Sumi vid Osaka University i Japan.

Från 2007 till 2012, gruppen Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), ett samarbete mellan forskare i Japan och Nya Zeeland, utfärdat 3, 300 varningar som informerar det astronomiska samhället om pågående mikrolinseringshändelser. Suzukis team identifierade 1, 474 väl observerade mikrolinseringshändelser, med 22 som visar tydliga planetsignaler. Detta inkluderar fyra planeter som aldrig tidigare rapporterats.

För att studera dessa händelser mer i detalj, teamet inkluderade data från det andra stora mikrolinseringsprojektet som pågick under samma period, Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), samt ytterligare observationer från andra projekt avsedda att följa upp MOA- och OGLE -varningar.

Från denna information, forskarna bestämde planets frekvens jämfört med massförhållandet på planeten och stjärnan samt avstånden mellan dem. För en typisk planet-värd stjärna med cirka 60 procent solens massa, den typiska mikrolinseringsplaneten är en värld mellan 10 och 40 gånger jordens massa. För jämförelse, Neptunus i vårt eget solsystem har motsvarande massa av 17 jordarter.

Resultaten antyder att kalla Neptunmassa världar sannolikt kommer att vara de vanligaste typerna av planeter bortom den så kallade snölinjen, den punkt där vatten förblev fruset under planetbildning. I solsystemet, man tror att snögränsen har funnits på ungefär 2,7 gånger jordens genomsnittliga avstånd från solen, placerar den i mitten av det stora asteroidbältet idag.

Ett papper med detaljer om resultaten publicerades i The Astrofysisk tidskrift den 13 december.

"Bortom snögränsen, material som var gasformiga närmare stjärnan kondenserar till fasta kroppar, öka mängden tillgängligt material för att starta planetbyggnadsprocessen, "sa Suzuki." Det är här vi tror att planetarisk bildning var mest effektiv, och det är också den region där mikrolinsering är mest känslig. "

NASA:s Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), planeras att lanseras i mitten av 2020-talet, kommer att genomföra en omfattande mikrolinseringsundersökning. Astronomer förväntar sig att den kommer att leverera mass- och avståndsbestämningar av tusentals planeter, slutföra arbetet som Kepler påbörjade och tillhandahålla den första galaktiska folkräkningen av planetariska egenskaper.

NASA:s Ames Research Center hanterar Kepler- och K2 -uppdragen för NASA:s Science Mission Directorate. Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Kalifornien, hanterade Kepler -uppdragsutveckling. Ball Aerospace &Technologies Corporation driver flygsystemet med stöd från Laboratory for Atmospheric and Space Physics vid University of Colorado i Boulder.

WFIRST hanteras på Goddard, med deltagande av JPL, Space Telescope Science Institute i Baltimore, det infraröda bearbetnings- och analyscentret, även i Pasadena, och ett vetenskapsteam bestående av medlemmar från amerikanska forskningsinstitutioner över hela landet.