När den lanseras i mitten av 2020-talet, NASA:s romerska rymdteleskop Nancy Grace kommer att utforska ett omfattande utbud av infraröda astrofysiska ämnen. En efterlängtad undersökning kommer att använda en gravitationseffekt som kallas mikrolinsning för att avslöja tusentals världar som liknar planeterna i vårt solsystem. Nu, en ny studie visar att samma undersökning också kommer att avslöja mer extrema planeter och planetliknande kroppar i hjärtat av Vintergatans galax, tack vare deras gravitationsdrag i stjärnorna de kretsar kring.

"Vi var glada över att upptäcka att Roman kommer att kunna erbjuda ännu mer information om planeterna i hela vår galax än vad som ursprungligen planerats, sa Shota Miyazaki, en doktorand vid Osaka University i Japan som ledde studien. "Det ska bli väldigt spännande att lära sig mer om en ny, en ostuderad grupp av världar."

Roman kommer i första hand att använda gravitationsmetoden för mikrolinsning för att upptäcka exoplaneter – planeter bortom vårt solsystem. När ett massivt föremål, som en stjärna, korsar framför en mer avlägsen stjärna från vår utsiktspunkt, ljuset från den längre stjärnan kommer att böjas när det färdas genom den krökta rumtiden runt den närmaste.

Resultatet är att den närmare stjärnan fungerar som en naturlig lins, förstorande ljus från bakgrundsstjärnan. Planeter som kretsar kring linsstjärnan kan ge en liknande effekt i mindre skala, så astronomer siktar på att upptäcka dem genom att analysera ljus från den längre stjärnan.

Eftersom denna metod är känslig för planeter så små som Mars med ett brett utbud av banor, forskare förväntar sig att Romans mikrolinsundersökning kommer att avslöja analoger av nästan varje planet i vårt solsystem. Miyazaki och hans kollegor har visat att undersökningen också har kraften att avslöja mer exotiska världar - jätteplaneter i små banor, känd som heta Jupiters, och så kallade "misslyckade stjärnor, "känd som bruna dvärgar, som inte är tillräckligt massiva för att driva sig själva genom fusion på det sätt som stjärnor gör.

Denna nya studie visar att Roman kommer att kunna upptäcka dessa objekt som kretsar kring de mer avlägsna stjärnorna i mikrolinsningshändelser, förutom att hitta planeter som kretsar kring de närmare (linsande) stjärnorna.

Teamets resultat publiceras i The Astronomical Journal .

Astronomer ser en mikrolinsningshändelse som en tillfällig ljusning av den avlägsna stjärnan, som når sin topp när stjärnorna är nästan perfekt inriktade. Miyazaki och hans team upptäckte att i vissa fall, forskare kommer också att kunna upptäcka en periodisk, liten variation i det linsade stjärnljuset orsakat av rörelsen hos planeter som kretsar runt den längre stjärnan under en mikrolinsningshändelse.

När en planet rör sig runt sin värdstjärna, den utövar en liten gravitationsdragkraft som ändrar stjärnans position en aning. Detta kan dra den avlägsna stjärnan närmare och längre från en perfekt inriktning. Eftersom den närmaste stjärnan fungerar som en naturlig lins, det är som att den avlägsna stjärnans ljus kommer att dras något in och ur fokus av den kretsande planeten. Genom att plocka fram små rysningar i stjärnljuset, astronomer kommer att kunna sluta sig till förekomsten av planeter.

"Det kallas xallarapeffekten, vilket är parallax stavat baklänges. Parallax förlitar sig på observatörens rörelse – jorden som rör sig runt solen – för att åstadkomma en förändring i inriktningen mellan den avlägsna källstjärnan, den närmare linsstjärnan och observatören. Xallarap fungerar på motsatt sätt, modifiera inriktningen på grund av källans rörelse, sa David Bennett, som leder gravitationsgruppen för mikrolinser vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Även om mikrolins i allmänhet är bäst lämpad för att hitta världar längre från sin stjärna än vad Venus är från solen, xallarap-effekten fungerar bäst med mycket massiva planeter i små banor, eftersom de får sin värdstjärna att röra sig mest. Att avslöja mer avlägsna planeter kommer också att tillåta oss att undersöka en annan population av världar.

Bryta kärnan i galaxen

De flesta av de första hundra exoplaneterna som upptäcktes i vår galax hade massorna hundratals gånger större än jordens. Till skillnad från de gigantiska planeterna i vårt solsystem, som tar 12 till 165 år att kretsa runt solen, dessa nyfunna världar virvlar runt sina värdstjärnor på så lite som några dagar.

Dessa planeter, nu känd som heta Jupiters på grund av deras gigantiska storlek och den intensiva värmen från deras värdstjärnor, förväntades inte från befintliga modeller för planetbildning och tvingade astronomer att tänka om dem. Nu finns det flera teorier som försöker förklara varför heta Jupiters existerar, men vi är fortfarande inte säkra på vilken – om någon – som är korrekt. Romans observationer borde avslöja nya ledtrådar.

Ännu mer massiv än heta Jupiters, bruna dvärgar varierar från cirka 4, 000 till 25, 000 gånger jordens massa. De är för tunga för att kunna karakteriseras som planeter, men inte tillräckligt massiva för att genomgå kärnfusion i sina kärnor som stjärnor.

Andra planetjaktuppdrag har i första hand sökt efter nya världar relativt nära, upp till några tusen ljusår bort. Närhet möjliggör mer detaljerade studier. Dock, astronomer tror att studier av kroppar nära vår galaxs kärna kan ge ny insikt om hur planetsystem utvecklas. Miyazaki och hans team uppskattar att Roman kommer att hitta omkring 10 heta Jupiters och 30 bruna dvärgar närmare galaxens mitt med hjälp av xallarap-effekten.

Galaxens centrum är huvudsakligen befolkat med stjärnor som bildades för cirka 10 miljarder år sedan. Att studera planeter runt så gamla stjärnor kan hjälpa oss att förstå om heta Jupiters bildas så nära deras stjärnor, eller föds längre bort och vandrar inåt med tiden. Astronomer kommer att kunna se om heta Jupiters kan upprätthålla så små banor under långa tidsperioder genom att se hur ofta de finns runt forntida stjärnor.

Till skillnad från stjärnor i galaxens skiva, som vanligtvis strövar runt Vintergatan på bekvämt avstånd från varandra, stjärnor nära kärnan är packade mycket närmare varandra. Roman kunde avslöja om det påverkar planeter som kretsar om att ha så många stjärnor så nära varandra. Om en stjärna passerar nära ett planetsystem, dess gravitation kunde dra planeter ur sina vanliga banor.

Supernovor är också vanligare nära galaxens mitt. Dessa katastrofala händelser är så intensiva att de kan skapa nya element, som spys ut i det omgivande området när de exploderande stjärnorna dör. Astronomer tror att detta kan påverka planetbildningen. Att hitta världar i den här regionen kan hjälpa oss att förstå mer om de faktorer som påverkar planetbyggandet.

Roman kommer att öppna ett fönster in i det avlägsna förflutna genom att titta på äldre stjärnor och planeter. Uppdraget kommer också att hjälpa oss att utforska om bruna dvärgar bildas lika lätt nära galaxens centrum som de gör närmare jorden genom att jämföra hur ofta de finns i varje region.

Genom att räkna ihop mycket gamla heta Jupiters och bruna dvärgar med hjälp av xallarap-effekten och hitta mer bekanta världar med hjälp av mikrolinsning, Roman kommer att föra oss ytterligare ett steg närmare att förstå vår plats i kosmos.

"Vi har hittat många planetsystem som verkar konstiga jämfört med våra, men det är fortfarande inte klart om de är udda eller vi är, sa Samson Johnson, en doktorand vid Ohio State University i Columbus och en medförfattare till tidningen. "Roman kommer att hjälpa oss att ta reda på det, samtidigt som de hjälper till att svara på andra stora frågor inom astrofysik."