Hur komplett är vår folkräkning av solens närmaste grannar? Astronomer och ett team av volontärer som söker efter data som deltar i Backyard Worlds:Planet 9, ett medborgarvetenskapligt projekt, har upptäckt ungefär 100 coola världar nära solen – föremål som är mer massiva än planeter men lättare än stjärnor, känd som bruna dvärgar.

Med hjälp av W. M. Keck Observatory på Maunakea på Hawaii, forskargruppen fann att flera av dessa nyupptäckta världar är bland de allra coolaste kända, med några som närmar sig jordens temperatur – tillräckligt svalt för att hysa vattenmoln.

Studien kommer att publiceras den 20 augusti, 2020 års nummer av Astrofysisk tidskrift och är tillgänglig i förtrycksformat på arXiv.org.

Att upptäcka och karakterisera astronomiska objekt nära solen är grundläggande för vår förståelse av vår plats i, och historien om, universum. Ändå håller astronomer fortfarande på att hitta nya invånare i solområdet. Den nya upptäckten av Backyard Worlds överbryggar en tidigare tom lucka i intervallet av bruna dvärgar med låg temperatur, identifiera en länge eftersökt felande länk inom den bruna dvärgpopulationen.

"Dessa coola världar erbjuder möjlighet till nya insikter om bildningen och atmosfären av planeter bortom solsystemet, ", sa huvudförfattaren Aaron Meisner från National Science Foundations NOIRLab. "Denna samling av svala bruna dvärgar tillåter oss också att exakt uppskatta antalet fritt flytande världar som strövar i det interstellära rymden nära solen.

För att identifiera flera av de svagaste och coolaste av de nyupptäckta bruna dvärgarna, UC San Diegos professor i fysik Adam Burgasser och forskare från Cool Star Lab använde Keck Observatorys känsliga nära-infraröda Echellette-spektrometer, eller NIRES, instrument.

"Vi använde NIRES-spektra för att mäta temperaturen och gaserna som finns i deras atmosfärer. Varje spektrum är i huvudsak ett fingeravtryck som gör att vi kan skilja en kall brun dvärg från andra typer av stjärnor, sade Burgasser, en medförfattare till studien.

Uppföljningsobservationer med hjälp av NASA:s Spitzer Space Telescope, Mont Megantic Observatory, och Las Campanas Observatory bidrog också till temperaturuppskattningarna av brun dvärg.

Bruna dvärgar ligger någonstans mellan de mest massiva planeterna och de minsta stjärnorna. Saknar den massa som behövs för att upprätthålla kärnreaktioner i sin kärna, bruna dvärgar kallas ibland för "misslyckade stjärnor". Deras låga massa, låg temperatur, och brist på interna kärnreaktioner gör dem extremt svaga - och därför extremt svåra att upptäcka. På grund av detta, när du letar efter de allra coolaste bruna dvärgarna, astronomer kan bara hoppas på att upptäcka sådana objekt relativt nära solen.

För att hjälpa till att hitta vår sols kallaste, närmaste grannar, astronomer med Backyard Worlds-projektet vände sig till ett världsomspännande nätverk av mer än 100, 000 medborgarforskare. Dessa volontärer inspekterar flitigt biljoner pixlar av teleskopbilder för att identifiera de subtila rörelserna hos närliggande bruna dvärgar och planeter. Trots framstegen inom maskininlärning och superdatorer, det finns fortfarande ingen ersättning för det mänskliga ögat när det gäller att bli svimfärdig, rörliga föremål.

Backyard Worlds volontärer har redan upptäckt mer än 1, 500 stjärnor och bruna dvärgar nära solen; denna nya upptäckt representerar cirka 100 av de kallaste i provet. Meisner säger att detta är ett rekord för alla medborgarvetenskapsprogram, och 20 av medborgarforskarna är listade som medförfattare till studien.

Tillgången på årtionden av astronomiska kataloger genom NOIRLabs Astro Data Lab hjälpte till att göra upptäckterna möjliga.

"Den tekniska bördan med att ladda ner astronomiska kataloger med miljarder objekt är vanligtvis oöverstiglig för enskilda utredare - inklusive de flesta professionella astronomer, sade Meisner. "Tack och lov, Astro Data Labs öppna och tillgängliga webbportal gjorde det möjligt för Backyard Worlds medborgarforskare att enkelt söka i massiva kataloger efter bruna dvärgkandidater."

Data från NASA:s WISE-satellit samt arkivobservationer från teleskop vid Cerro Tololo Inter-American Observatory och Kitt Peak National Observatory var också nyckeln till dessa bruna dvärgfyndigheter.

"Det är spännande att dessa kunde upptäckas först av en medborgarforskare, " sade Meisner. "The Backyard Worlds upptäckter visar att medlemmar av allmänheten kan spela en viktig roll i att omforma vår vetenskapliga förståelse av vårt solområde."