Forskare vid Max Planck Institute for Solar System Research (MPS), Georg August-universitetet i Göttingen, och Sonneberg-observatoriet har upptäckt 18 planeter i jordstorlek bortom solsystemet. Världarna är så små att tidigare undersökningar hade förbisett dem. En av dem är en av de minsta kända hittills; en annan kunde erbjuda livsvänliga förhållanden. Forskarna analyserade om en del av datan från NASA:s rymdteleskop Kepler med en ny och känsligare metod som de utvecklade. Teamet uppskattar att deras nya metod har potential att hitta mer än 100 ytterligare exoplaneter i Kepler-uppdragets hela datamängd. Forskarna beskriver sina resultat i tidskriften Astronomi &Astrofysik .

Något mer än 4000 planeter som kretsar kring stjärnor utanför vårt solsystem är kända hittills. Av dessa så kallade exoplaneter, cirka 96 procent är betydligt större än vår jord, de flesta av dem mer jämförbara med dimensionerna hos gasjättarna Neptunus eller Jupiter. Denna procentandel återspeglar sannolikt inte de verkliga förhållandena i rymden, dock, eftersom små planeter är mycket svårare att spåra än stora. Dessutom, små världar är fascinerande mål i sökandet efter jordliknande, potentiellt beboeliga planeter utanför solsystemet.

De 18 nyupptäckta världarna faller i kategorin planeter i jordstorlek. Den minsta av dem är bara 69 procent av jordens storlek; den största är knappt mer än två gånger jordens radie. Och de har en annan sak gemensamt:alla 18 planeterna har hittills inte kunnat upptäckas i data från rymdteleskopet Kepler. Vanliga sökalgoritmer var inte tillräckligt känsliga.

I deras sökande efter avlägsna världar, forskare använder ofta den så kallade transitmetoden för att leta efter stjärnor med periodiskt återkommande fall i ljusstyrka. Om en stjärna råkar ha en planet vars omloppsplan är i linje med siktlinjen från jorden, planeten ockulterar en liten del av stjärnljuset när det passerar framför stjärnan en gång per omlopp.

"Standardsökalgoritmer försöker identifiera plötsliga fall i ljusstyrka, " förklarar Dr. Rene Heller från MPS, första författare till de aktuella publikationerna. "I verkligheten, dock, en stjärnskiva verkar något mörkare i kanten än i mitten. När en planet rör sig framför en stjärna, det blockerar därför initialt mindre stjärnljus än vid mitten av transittiden. Stjärnans maximala nedbländning sker i mitten av transiteringen precis innan stjärnan gradvis blir ljusare igen, " han förklarar.

Stora planeter tenderar att producera djupa och tydliga ljusstyrkavariationer av sina värdstjärnor så att den subtila ljusstyrkan från centrum till extremitet på stjärnan knappast spelar någon roll i deras upptäckt. Små planeter, dock, ställer forskarna inför enorma utmaningar. Deras effekt på stjärnans ljusstyrka är så liten att det är extremt svårt att skilja från stjärnans naturliga ljusstyrkafluktuationer och från det brus som nödvändigtvis kommer med någon form av observation. René Hellers team har nu kunnat visa att transitmetodens känslighet kan förbättras avsevärt, om en mer realistisk ljuskurva antas i sökalgoritmen.

"Vår nya algoritm hjälper till att rita en mer realistisk bild av exoplanetpopulationen i rymden, " sammanfattar Michael Hippke från Sonneberg Observatory. "Denna metod utgör ett viktigt steg framåt, speciellt i sökandet efter jordliknande planeter."

Forskarna använde data från NASA:s rymdteleskop Kepler som en testbädd för sin nya algoritm. I den första uppdragsfasen från 2009 till 2013, Kepler registrerade ljuskurvorna på mer än 100, 000 stjärnor, vilket resulterade i upptäckten av över 2300 planeter. Efter ett tekniskt fel, teleskopet måste användas i ett alternativt observationsläge, kallas K2-uppdraget, men den övervakade ändå mer än ytterligare 100, 000 stjärnor i slutet av uppdraget 2018. Som ett första testprov för deras nya algoritm, forskarna bestämde sig för att omanalysera alla 517 stjärnor från K2 som redan var kända för att vara värd för minst en transitplanet.

Förutom de tidigare kända planeterna, forskarna upptäckte 18 nya föremål som tidigare hade förbisetts. "I de flesta planetsystem som vi studerade, de nya planeterna är de minsta, " medförfattare Kai Rodenbeck vid universitetet i Göttingen och MPS beskriver resultaten. Dessutom, de flesta av de nya planeterna kretsar närmare sin stjärna än deras tidigare kända planetariska följeslagare. Ytorna på dessa nya planeter har därför sannolikt temperaturer långt över 100 grader Celsius; vissa har till och med temperaturer på upp till 1000 grader Celsius. Endast en av kropparna är ett undantag:den kretsar troligen om sin röda dvärgstjärna inom den så kallade beboeliga zonen. På detta gynnsamma avstånd från dess stjärna, denna planet kan erbjuda förhållanden under vilka flytande vatten kan uppstå på dess yta – en av grundförutsättningarna för liv som vi känner det på jorden.

Självklart, forskarna kan inte utesluta att deras metod, för, är blind för andra planeter i de system som de undersökte. Särskilt, små planeter på stora avstånd till sina värdstjärnor är kända för att vara problematiska. De kräver mer tid för att fullborda en hel bana än planeter som kretsar närmare sina stjärnor. Som en konsekvens, transitering av planeter i breda banor förekommer mindre ofta, vilket gör deras signaler ännu svårare att upptäcka.

Den nya metod som utvecklats av Heller och hans kollegor öppnar för fascinerande möjligheter. Förutom de 517 stjärnor som nu undersöks, Kepler-uppdraget erbjuder också datamängder för hundratusentals andra stjärnor. Forskarna antar att deras metod kommer att göra det möjligt för dem att hitta mer än 100 andra världar i jordstorlek i data från Keplers primära uppdrag. "Denna nya metod är också särskilt användbar för att förbereda det kommande PLATO-uppdraget som ska lanseras 2026 av European Space Agency, " säger Prof. Dr. Laurent Gizon, Verkställande direktör på MPS. PLATO kommer att upptäcka och karakterisera många fler flerplanetssystem runt solliknande stjärnor, varav några kommer att kunna hysa liv.