Inom en snar framtid, astronomer kommer att dra nytta av närvaron av nästa generations teleskop som James Webb Space Telescope (JWST) och Nancy Grace Roman Space Telescope (RST). På samma gång, förbättrad datautvinning och maskininlärningstekniker kommer också att göra det möjligt för astronomer att få ut mer av befintliga instrument. I processen, de hoppas äntligen kunna svara på några av de mest brännande frågorna om kosmos.

Till exempel, Dark Energy Survey (DES), en internationell, samarbete för att kartlägga kosmos, släppte nyligen resultaten av deras sexåriga undersökning av det yttre solsystemet. Förutom att samla in data om hundratals kända föremål, denna undersökning avslöjade 461 tidigare oupptäckta föremål. Resultaten av denna studie kan ha betydande implikationer för vår förståelse av solsystemets bildning och evolution.

Forskningen leddes av Dr Pedro Bernardinelli, en Ph.D. kandidat vid institutionen för fysik och astronomi vid University of Pennsylvania (UPenn). Han fick sällskap av Gary Bernstein och Masao Sako (två professorer vid Institutionen för fysik och astronomi vid UPenn) och andra medlemmar av DES Collaboration. Från och med 2013, DES försöker fastställa vilken roll Dark Energy har spelat (och fortsätter att spela) i utbyggnaden och utvecklingen av kosmos.

Mellan 2013 och 2019, DES använde det 4 meter långa Blanco-teleskopet vid Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) i Chile för att studera hundratals miljoner galaxer, supernovor, och universums storskaliga struktur. Medan deras primära mål är att mäta den accelererande hastigheten av kosmisk expansion (aka. Hubble-Lemaître-konstanten) och den rumsliga distributionen av mörk materia, DES Collaboration rapporterade också upptäckten av enskilda TNO:er av intresse. Som Dr Bernardinelli förklarade för Universe Today via e-post:

"En viktig detalj är att när du tar en bild av himlen, du ser inte bara vad du letar efter, men du ser också andra saker som finns i samma region på himlen som kan vara närmare eller längre från ditt mål. Så vi får se allt från flygplan till asteroider till TNO:er, såväl som stjärnor och avlägsna galaxer. Så vi får använda data för att hitta andra saker (i mitt fall, TNO!)"

Deras resultat beskrevs i en tidigare studie, där DES Collaboration delade de första fyra åren av datainsamling ("Y4"). Detta ledde till upptäckten av 316 enskilda TNO:er av intresse och utvecklingen av nya maskininlärningstekniker för TNO-sökningar. Bygger på detta, teamet analyserade resultaten av de sex åren av DES-undersökningsdata ("Y6") för TNO:er, om än med vissa modifieringar och förbättringar.

Detta inkluderade att anta den ursprungliga versionen av TNO-pipelinen (den som används för Y4), men med en rad algoritmiska förändringar. De omarbetade också Y4-katalogen för att upptäcka svagare föremål och ökade mängden datorkraft som var involverad. Som ett resultat, Y6-katalogen var betydligt större än Y4, vilket utgjorde den största skillnaden (och utmaningen) mellan de två undersökningarna. På sätt och vis, sa Dr Bernardinelli, Y4-sökningen var en generalrepetition för Y6-sökningen:

"Alla dessa tekniska utvecklingar har några unika utmaningar för DES, som vi är, ännu en gång, inte ett solsystemprojekt, så vi var tvungna att hitta nya sätt att söka efter dessa objekt (vanligtvis, TNO-undersökningar har flera bilder per natt; vi har bara en). Jag gillar att beskriva det här problemet som att "hitta en spik i en höstack" blandat med "koppla ihop prickarna" (vi måste hitta de 10 prickarna bland 100 miljoner som motsvarar ett enda objekt — det är reella siffror!). Så allt vi gjorde kommer att hjälpa framtida projekt som har liknande utmaningar."

Den här gången, samarbetet upptäckte 461 tidigare oupptäckta objekt, vilket bringar det totala antalet TNO:er upptäckt av DES till 777, och antalet kända TNO:er till nästan 4000. De fick också färska data om många andra objekt, inklusive den stora kometen C/2014 UN271, som Dr Bernardinelli och medförfattare Prof. Bernstein upptäckte 2014 när de undersökte några av DES-arkivbilderna. Sa Dr Bernardinelli:

"Alla dessa tekniska utvecklingar har några unika utmaningar för DES, som vi är, ännu en gång, inte ett solsystemprojekt, så vi var tvungna att hitta nya sätt att söka efter dessa objekt (vanligtvis, TNO-undersökningar har flera bilder per natt, vi har bara en). Jag gillar att beskriva det här problemet som att "hitta en spik i en höstack" blandat med "koppla ihop prickarna" (vi måste hitta de 10 prickarna bland 100 miljoner som motsvarar ett enda objekt - det här är reella siffror!). Så allt vi gjorde kommer att hjälpa framtida projekt som har liknande utmaningar."

Implikationerna av denna forskning är både omfattande och betydande. Till att börja, astronomer har länge misstänkt att populationen av små kroppar som kretsar bortom Neptunus är rester som blivit över från solsystemets bildande. Vad mer, den nuvarande omloppsfördelningen av dessa objekt är resultatet av migrationen av jätteplaneterna till deras nuvarande banor. När de migrerade, de sparkade in dessa föremål i den trans-Neptuniska regionen.

"[Vi kan använda dessa objekt för att försöka spåra denna historia. Genom att samla in data om hundratals av dessa objekt, sedan, vi får ställa alla möjliga frågor, som "hur snabbt Neptunus migrerade?" (våra data visar en preferens för en långsammare migration) eller "finns det en nionde planet som gömmer sig i utkanten av solsystemet?" (vår data visar inte den förväntade signalen, men detta betyder inte att vi utesluter idén med Planet 9)."

Kortfattat, genom att ha en folkräkning av TNO:er och begränsa deras orbitala dynamik, astronomer kommer att kunna få ny insikt om hur vårt solsystem bildades och utvecklades för miljarder år sedan. Den kunskapen kan också informera vår förståelse av hur beboeliga system som ger upphov till liv uppstår, vilket gör det lättare för oss att hitta den.