Astronomer som letar efter jordliknande planeter i andra solsystem har fått ett genombrott genom att titta närmare på stjärnornas yta.

En ny teknik utvecklad av ett internationellt team av forskare – ledd av Yale-astronomerna Rachael Roettenbacher, Sam Cabot och Debra Fischer – använder en kombination av data från markbaserade och kretsande teleskop för att skilja mellan ljussignaler som kommer från stjärnor och signaler från planeter. kretsar kring dessa stjärnor.

En studie som beskriver upptäckten har godkänts av The Astronomical Journal .

"Våra tekniker drar samman tre olika typer av samtidiga observationer för att fokusera på att förstå stjärnan och hur dess yta ser ut", säger Roettenbacher, en 51 Pegasi b postdoktor vid Yale och huvudförfattare till tidningen. "Från en av datamängderna skapar vi en karta över ytan som gör att vi kan avslöja mer detaljer i radiella hastighetsdata när vi söker efter signaler från små planeter.

"Denna procedur visar värdet av att erhålla flera typer av observationer samtidigt."

I decennier har astronomer använt en metod som kallas radiell hastighet som ett sätt att leta efter exoplaneter i andra solsystem. Radiell hastighet hänvisar till en stjärnas rörelse längs en observatörs siktlinje.

Astronomer letar efter variationer i en stjärnas hastighet som kan orsakas av gravitationskraften hos en kretsande planet. Dessa data kommer via spektrometrar – instrument som tittar på ljus som sänds ut av en stjärna och sträcker ut ljuset till ett spektrum av frekvenser som kan analyseras.

Eftersom astronomer har skyndat sig att utveckla metoder för att upptäcka jordliknande planeter, har de dock stött på en barriär som har stoppat framstegen i flera år. Energin som sänds ut av stjärnor skapar en kokande kittel av konvektionsplasma som förvränger mätningar av radiell hastighet och skymmer signaler från små, steniga planeter.

Men en ny generation av avancerade instrument angriper detta problem. Dessa instrument inkluderar EXtreme PREcision Spectrograph (EXPRES), som designades och byggdes av Fischers team vid Yale, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) och Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) interferometriska teleskopuppsättning.

För den nya studien använde forskarna TESS-data för att rekonstruera ytan av Epsilon Eridani, en stjärna i den södra konstellationen Eridanus som är synlig från större delen av jordens yta. De letade sedan efter stjärnfläckar – kallare områden på ytan av en stjärna orsakade av starka magnetfält.

"Med rekonstruktionerna känner du till platserna och storlekarna på fläckarna på stjärnan, och du vet också hur snabbt stjärnan roterar," sa Cabot. "Vi utvecklade en metod som sedan berättar vilken typ av signal du skulle se med en spektrometer."

Forskarna jämförde sedan sina TESS-rekonstruktioner med EXPRES-spektrometerdata som samlats in samtidigt från Epsilon Eridani.

"Detta gjorde det möjligt för oss att direkt knyta bidrag från den radiella hastighetssignaturen till specifika egenskaper på ytan," sa Fischer. "De radiella hastigheterna från stjärnfläckarna matchar vackert med data från EXPRES."

Forskarna använde också en annan teknik, kallad interferometri, för att upptäcka en stjärnfläck på Epsilon Eridani – den första interferometriska upptäckten av en stjärnfläck på en stjärna som liknar solen.

Interferometri kombinerar separerade teleskop för att skapa ett mycket större teleskop. För detta använde forskarna CHARA Array, världens största optiska interferometer, belägen i Kalifornien.

Roettenbacher sa att hon och hennes kollegor kommer att tillämpa sin nya teknik på uppsättningar av interferometriska observationer för att direkt avbilda hela ytan av en stjärna och bestämma dess bidrag till radiell hastighet.

"Interferometrisk avbildning är inte något som görs för många stjärnor eftersom stjärnan måste vara nära och ljus. Det finns en handfull andra stjärnor som vi också kan tillämpa vår banbrytande strategi på," sa Roettenbacher.

De tidigare Yale-forskarna Lily Zhao, som nu är vid Flatiron Institute, och John Brewer, som nu är vid San Francisco State University, är bland studiens medförfattare.