Forskare från MIT och andra institutioner, i nära samarbete med amatörastronomer, har sett de dammiga svansarna på sex exokometer – kometer utanför vårt solsystem – som kretsar kring en svag stjärna 800 ljusår från jorden.

Dessa kosmiska bollar av is och damm, som var ungefär lika stora som Halleys komet och reste omkring 100, 000 miles per timme innan de slutligen förångades, är några av de minsta föremål som hittills hittats utanför vårt eget solsystem.

Upptäckten är första gången som ett föremål så litet som en komet har upptäckts med hjälp av transitfotometri, en teknik genom vilken astronomer observerar en stjärnas ljus för kontrollampa sänkningar i intensitet. Sådana sänkningar signalerar potentiella transiter, eller korsningar av planeter eller andra föremål framför en stjärna, som tillfälligt blockerar en liten del av dess ljus.

När det gäller denna nya upptäckt, forskarna kunde plocka ut kometens svans, eller spår av gas och damm, som blockerade ungefär en tiondel av 1 procent av stjärnans ljus när kometen strök förbi.

"Det är fantastiskt att något som är flera storleksordningar mindre än jorden kan upptäckas bara av det faktum att det avger mycket skräp, säger Saul Rappaport, professor emeritus i fysik vid MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Det är ganska imponerande att kunna se något så litet, så långt borta."

Rappaport och hans team har publicerat sina resultat denna vecka i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . Tidningens medförfattare är Andrew Vanderburg från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; flera amatörastronomer inklusive Thomas Jacobs från Bellevue, Washington; och forskare från University of Texas i Austin, NASA:s Ames Research Center, och Northeastern University.

"Där få har rest"

Detekteringen gjordes med hjälp av data från NASA:s Kepler Space Telescope, ett stjärnobservatorium som sköts upp i rymden 2009. Under fyra år, rymdfarkosten övervakade cirka 200, 000 stjärnor för dopp i stjärnljus orsakade av transiterande exoplaneter.

Hittills, uppdraget har identifierat och bekräftat fler än 2, 400 exoplaneter, mestadels kretsar runt stjärnor i stjärnbilden Cygnus, med hjälp av automatiserade algoritmer som snabbt sållar igenom Keplers data, letar efter karakteristiska dopp i stjärnljus.

De minsta exoplaneter som hittills upptäckts är ungefär en tredjedel av jordens storlek. kometer, i jämförelse, spänner över bara flera fotbollsplaner, eller en liten stad när den är som störst, gör dem otroligt svåra att upptäcka.

Dock, den 18 mars, Jacobs, en amatörastronom som har gjort det till sin hobby att söka igenom Keplers data, kunde plocka fram flera konstiga ljusmönster bland bruset.

Jacobs, som arbetar som arbetskonsult för personer med intellektuella funktionsnedsättningar på dagarna, är medlem i Planet Hunters – ett medborgarforskarprojekt som först etablerades av Yale University för att värva amatörastronomer i sökandet efter exoplaneter. Medlemmar fick tillgång till Keplers data i hopp om att de kunde hitta något av intresse som en dator kan missa.

I januari, Jacobs gav sig i kast med att skanna hela fyra år av Keplers data som togs under huvuduppdraget, omfattar över 200, 000 stjärnor, var och en med individuella ljuskurvor, eller grafer över ljusintensiteten spårade över tiden. Jacobs tillbringade fem månader med att sålla genom ögat genom data, ofta före och efter sitt dagliga jobb, och under helgerna.

"Att leta efter föremål av intresse i Kepler-data kräver tålamod, uthållighet, och uthållighet, " säger Jacobs. "För mig är det en form av skattjakt, att veta att det finns en intressant händelse som väntar på att bli upptäckt. Det handlar om att utforska och att vara på jakt där få har rest tidigare."

"Något vi sett förut"

Jacobs mål var att leta efter något utöver det vanliga som datoralgoritmer kan ha passerat. Särskilt, han letade efter enstaka transiter – dopp i stjärnljus som bara händer en gång, vilket betyder att de inte är periodiska som planeter som kretsar runt en stjärna flera gånger.

I sitt sökande, han såg tre sådana enstaka transiter runt KIC 3542116, en svag stjärna som ligger 800 ljusår från jorden (de andra tre transiterna hittades senare av teamet). Han flaggade händelserna och larmade Rappaport och Vanderburg, som han hade samarbetat med tidigare för att tolka sina fynd.

"Vi satt på det här i en månad, eftersom vi inte visste vad det var – planettransiter ser inte ut så här, " minns Rappaport. "Då kom det upp för mig att, 'Hallå, de här ser ut som något vi har sett förut.'"

I en typisk planettransit, den resulterande ljuskurvan liknar ett "U, "med ett skarpt dopp, sedan en lika kraftig uppgång, som ett resultat av att en planet först blockerade lite, sedan mycket, sedan lite av ljuset när det rör sig över stjärnan. Dock, ljuskurvorna som Jacobs identifierade verkade asymmetriska, med ett skarpt dopp, följt av en mer gradvis uppgång.

Rappaport insåg att asymmetrin i ljuskurvorna liknade sönderfallande planeter, med långa spår av skräp som skulle fortsätta att blockera lite ljus när planeten rör sig bort från stjärnan. Dock, sådana sönderfallande planeter kretsar runt sin stjärna, transitering upprepade gånger. I kontrast, Jacobs hade inte observerat något sådant periodiskt mönster i de transiter han identifierade.

"Vi trodde, den enda sortens kropp som skulle kunna göra samma sak och inte upprepa är en som förmodligen förstörs till slut, " säger Rappaport.

Med andra ord, istället för att kretsa runt och runt stjärnan, föremålen måste ha passerat, sedan flögs till slut för nära stjärnan, och förångas.

"Det enda som passar räkningen, och har en tillräckligt liten massa för att förstöras, är en komet, " säger Rappaport.

Forskarna beräknade att varje komet blockerade ungefär en tiondel av 1 procent av stjärnans ljus. För att göra detta i flera månader innan du försvinner, kometen sönderföll troligen helt, skapa ett dammspår som är tillräckligt tjockt för att blockera den mängden stjärnljus.

Vanderburg säger att det faktum att dessa sex exokometer verkar ha passerat mycket nära sin stjärna under de senaste fyra åren väcker några spännande frågor, svaren på vilka kan avslöja några sanningar om vårt eget solsystem.

"Varför finns det så många kometer i de inre delarna av dessa solsystem?" säger Vanderburg. "Är detta en extrem bombardemang i dessa system? Det var en väldigt viktig del av vårt eget solsystems formation och kan ha fört vatten till jorden. Kanske kan vi studera exokometer och ta reda på varför de finns runt den här typen av stjärna... en inblick i hur bombardement sker i andra solsystem."

Forskarna säger att i framtiden, det MIT-ledda uppdraget Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) kommer att fortsätta den typ av forskning som gjorts av Kepler.

Förutom att bidra till områdena astrofysik och astronomi, Rappaport säger, den nya upptäckten talar till medborgarforskarnas uthållighet och omdöme.

"Jag kunde nämna 10 typer av saker som dessa människor har hittat i Kepler-data som algoritmer inte kunde hitta, på grund av mönsterigenkänningsförmågan i det mänskliga ögat, " säger Rappaport. "Nu kan du skriva en datoralgoritm för att hitta den här typen av kometform. Men de saknades i tidigare sökningar. De var tillräckligt djupa men hade inte rätt form som programmerades in i algoritmer. Jag tycker att det är rättvist att säga att detta aldrig skulle ha hittats med någon algoritm."

Denna forskning använde sig av data som samlats in av Kepler-uppdraget, finansierat av NASA Science Mission Directorate.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.