Med hjälp av data från Dark Energy Survey (DES), forskare har hittat mer än 300 trans-neptuniska objekt (TNOs), mindre planeter belägna längst ut i solsystemet, inklusive mer än 100 nya upptäckter. Publicerad i The Astrophysical Journal Supplement Series , studien beskriver också ett nytt tillvägagångssätt för att hitta liknande typer av objekt och kan hjälpa framtida sökningar efter den hypotetiska planeten nio och andra oupptäckta planeter. Arbetet leddes av doktoranden Pedro Bernardinelli och professorerna Gary Bernstein och Masao Sako.

Målet med DES, som avslutade sex års datainsamling i januari, är att förstå naturen av mörk energi genom att samla in högprecisionsbilder av den södra himlen. Även om DES inte designades specifikt med TNO:er i åtanke, dess bredd och djup av täckning gjorde den särskilt skicklig på att hitta nya föremål bortom Neptunus. "Antalet TNO:er du kan hitta beror på hur mycket av himlen du tittar på och vad som är det svagaste du kan hitta, säger Bernstein.

Eftersom DES designades för att studera galaxer och supernovor, forskarna var tvungna att utveckla ett nytt sätt att spåra rörelser. Dedikerade TNO-undersökningar gör mätningar så ofta som varannan timme, vilket gör att forskare lättare kan spåra deras rörelser. "Dedikerade TNO-undersökningar har ett sätt att se objektet röra sig, och det är lätt att spåra dem, " säger Bernardinelli. "En av de viktigaste sakerna vi gjorde i den här uppsatsen var att hitta ett sätt att återställa dessa rörelser."

Med hjälp av de första fyra åren av DES-data, Bernardinelli började med en datauppsättning på 7 miljarder "punkter, " alla möjliga objekt som upptäckts av programvaran som låg över bildens bakgrundsnivåer. Han tog sedan bort alla objekt som fanns på flera nätter - saker som stjärnor, galaxer, och supernova – att bygga en "övergående" lista med 22 miljoner objekt innan man börjar ett massivt spel med "koppla ihop prickarna, " letar efter närliggande par eller trillingar av upptäckta föremål för att hjälpa till att avgöra var föremålet skulle dyka upp på efterföljande nätter.

Med de 7 miljarderna prickarna förminskade till en lista med cirka 400 kandidater som sågs under minst sex nätters observation, forskarna fick sedan verifiera sina resultat. "Vi har den här listan med kandidater, och då måste vi se till att våra kandidater faktiskt är riktiga saker, " säger Bernardinelli.

För att filtrera ner sin lista över kandidater till faktiska TNO:er, forskarna gick tillbaka till den ursprungliga datamängden för att se om de kunde hitta fler bilder av objektet i fråga. "Säg att vi hittade något på sex olika kvällar, " säger Bernstein. "För TNO:er som finns där, vi pekade faktiskt på dem i 25 olika nätter. Det betyder att det finns bilder där objektet ska vara, men den klarade sig inte genom det första steget att bli kallad en prick."

Bernardinelli utvecklade ett sätt att stapla flera bilder för att skapa en skarpare bild, som hjälpte till att bekräfta om ett upptäckt objekt var en riktig TNO. De verifierade också att deras metod kunde upptäcka kända TNO i de områden av himlen som studerades och att de kunde upptäcka falska föremål som injicerades i analysen. "Den svåraste delen var att försöka se till att vi hittade det vi skulle hitta, säger Bernardinelli.

Efter många månader av metodutveckling och analys, forskarna hittade 316 TNO, inklusive 245 upptäckter gjorda av DES och 139 nya objekt som inte tidigare publicerats. Med endast 3, 000 föremål kända för närvarande, denna DES-katalog representerar 10 % av alla kända TNO:er. Pluto, den mest kända TNO, är 40 gånger längre bort från solen än vad jorden är, och TNO:erna som hittas med hjälp av DES-data sträcker sig från 30 till 90 gånger jordens avstånd från solen. Vissa av dessa objekt befinner sig på extremt långväga banor som kommer att bära dem långt bortom Pluto.

Nu när DES är klar, forskarna kör om sin analys på hela DES-datauppsättningen, denna gång med en lägre tröskel för objektdetektering vid det första filtreringssteget. Detta innebär att det finns en ännu större potential för att hitta nya TNO:er, möjligen så många som 500, baserat på forskarnas uppskattningar, Inom en snar framtid.

Metoden utvecklad av Bernardinelli kan också användas för att söka efter TNO i kommande astronomiundersökningar, inklusive det nya Vera C. Rubin-observatoriet. Detta observatorium kommer att undersöka hela södra himlen och kommer att kunna upptäcka ännu svagare och mer avlägsna föremål än DES. "Många av de program vi har utvecklat kan enkelt appliceras på alla andra stora datamängder, till exempel vad Rubin Observatory kommer att producera, säger Bernardinelli.

Denna katalog över TNO:er kommer också att vara ett användbart vetenskapligt verktyg för forskning om solsystemet. Eftersom DES samlar in ett brett spektrum av data om varje upptäckt objekt, forskare kan försöka ta reda på var TNO kommer ifrån, eftersom föremål som formar sig närmare solen förväntas ha andra färger än de som har sitt ursprung på mer avlägsna och kallare platser. Och, genom att studera dessa objekts banor, forskare kan vara ett steg närmare att hitta Planet Nine, en hypotes i Neptunus-storlek som tros existera bortom Pluto.

"Det finns massor av idéer om jätteplaneter som brukade vara i solsystemet och som inte finns där längre, eller planeter som är långt borta och massiva men för svaga för att vi ska ha lagt märke till det ännu, " säger Bernstein. "Att göra katalogen är den roliga upptäckten. Sedan när du skapar den här resursen; du kan jämföra vad du hittade med vad någons teori sa att du borde hitta."