Wissenschaftler glauben, dass die PLATO-Mission der erfolgreichste Planetenjäger aller Zeiten sein könnte

Im Jahr 2026 wird die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ihre Mission zur Exoplanetenjagd der nächsten Generation starten, die PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO).

Diese Mission wird über 245.000 Hauptreihensterne vom Typ F, G und K (gelb-weiß, gelb und orange) mithilfe der Transitmethode scannen, um nach möglichen erdähnlichen Planeten zu suchen, die Sonnenanaloge umkreisen. Im Einklang mit dem Ansatz der „niedrig hängenden Früchte“ (d. h. dem Wasser folgen) gelten diese Planeten als starke Kandidaten für die Bewohnbarkeit, da sie höchstwahrscheinlich alle Bedingungen aufweisen, die das Leben hier auf der Erde hervorgebracht haben.

Zu wissen, wie viele Planeten PLATO wahrscheinlich entdecken wird und wie viele erdähnlichen Eigenschaften entsprechen, ist wichtig, um zu bestimmen, wie und wo es seine Beobachtungszeit aufwenden sollte.

Das geht aus einer neuen Studie hervor, die in der Fachzeitschrift veröffentlicht wird Astronomie und AstrophysikDie PLATO-Mission dürfte Zehntausende Planeten finden. Abhängig von mehreren Parametern deuten sie außerdem darauf hin, dass mindestens 500 erdgroße Planeten entdeckt werden könnten, von denen etwa ein Dutzend günstige Umlaufbahnen um Sterne vom G-Typ (sonnenähnliche Sterne) haben werden.

Die Studie wurde von Forschern des Instituts für Planetenforschung (IFP) und des Instituts für Optische Sensorsysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Fachbereichs Geologische Wissenschaften der Freien Universität Berlin (FU Berlin) und des Zentrums für Astronomie durchgeführt und Astrophysik an der Technischen Universität Berlin (TUB). Die Studiendetails finden Sie auf dem Preprint-Server, arXiv.

Filip Matuszewski, ein Ph.D. Kandidat am Grenoble Planetary and Astrophysics Institute (IPAG) an der Université Grenoble Alpes, leitete die Studie im Rahmen seiner Abschlussarbeit während seines Studiums an der FU Berlin und den extrasolaren Planeten und Atmosphären.

Um die Anzahl der Exoplaneten abzuschätzen, die PLATO entdecken konnte, entwickelten Matuszewski und sein Team ein Tool namens Planet Yield for PLATO Estimator (PYPE). Dieses Tool kombiniert einen statistischen Ansatz mit Vorkommensraten aus Planetenentstehungsmodellen und Daten des Kepler-Weltraumteleskops. Dadurch konnten sie anhand eines Bruchteils der Beobachtungsfelder, die für den PLATO-Sterneingabekatalog (PIC) für den gesamten Himmel ausgewählt wurden, abschätzen, wie viele Exoplaneten PLATO in vier Jahren entdecken wird.

Wie Matuszewski gegenüber Universe Today per E-Mail erklärte:

„Zuerst brauchten wir eine synthetische Population von Planeten (unser eigenes kleines Universum, wenn Sie so wollen). Um dies zu tun, haben wir ein Planetenpopulationsmodell verwendet, das im Grunde eine Simulation von 1000 protoplanetaren Scheiben ist, die sich zu Planetensystemen entwickeln (Christoph Mordasini vom Die Universität Bern (Schweiz) hat uns diese Planetensysteme zur Verfügung gestellt. Da sich die resultierenden Systeme stark von dem unterscheiden, was wir derzeit über Exoplaneten wissen, wollten wir Daten von Kepler einbeziehen. Basierend auf den Vorkommensraten von Kepler haben wir unsere eigenen beiden gebildet -Planetenpopulationen zum Vergleich.“

Der zweite Schritt, sagte Matuszewski, bestand darin, dass das Team abschätzte, wie viele Sterne PLATO in nur einem Sichtfeld beobachten wird (~125.000) und jedem ein Planetensystem (basierend auf unserem eigenen) zuordnete. Als nächstes überlegten sie, wie viele dieser Planeten die richtige Ausrichtung hätten, um relativ zu PLATO Transite zu machen (befindet sich der Planet auf der Kante des Teleskops?), was zu einem sichtbaren Helligkeitsabfall führen würde. Für eine Pflanze, die mit einer Umlaufzeit von 365 Tagen einen Stern von der Größe unserer Sonne umkreist, beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht (auch Transitwahrscheinlichkeit genannt), nur 0,47 %.

Aber wenn man bedenkt, wie viele Sterne PLATO beobachten wird, stehen immer noch Zehntausende Kandidaten für das Studium zur Verfügung. Schließlich verwendeten sie ein Erkennungseffizienzmodell, das die Leistung der PLATO-Kameras und verschiedener Rauschquellen berücksichtigt, um zu sehen, ob das Transitsignal stärker als das Hintergrundrauschen wäre.

„Das ist die Grundfunktion von PYPE“, sagte Matuszewski. „Von dort aus können wir das Programm optimieren, um Ergebnisse für verschiedene falsche Szenarien und Zeiträume zu erhalten. Wie viele Planeten finden wir, wenn wir hier zwei Jahre lang und dort zwei Jahre lang suchen? Was wäre, wenn wir ein bestimmtes Feld länger betrachten?“

Als sie das PYPE auf die vierjährige Hauptmission des Observatoriums anwendeten, erzielte das Team einige sehr ermutigende Ergebnisse. Abhängig davon, welche Felder und wie lange es beobachtet wird, von der Umlaufzeit der Planeten, der Ausrichtung der Planeten und anderen Faktoren, stellten sie fest, dass PLATO wahrscheinlich Tausende oder Zehntausende Exoplaneten entdecken wird.

Noch ermutigender war, dass sie herausfanden, dass eine statistisch signifikante Anzahl dieser Planeten wahrscheinlich der Erde ähnlich ist. Matuszewski erklärte: „Unter Verwendung des konservativsten Planetenpopulationsmodells und Missionsszenarios schätzen wir, dass in der nominellen Missionsdauer von vier Jahren mindestens 500 erdgroße Planeten entdeckt werden.“

„Dazu gehören jede Art von Stern und jede Entfernung zum Stern. Wenn wir erdgroße Planeten mit einer Umlaufzeit von 250–500 Tagen um G-Sterne (Erde-Sonne-Analoge) betrachten, schätzen wir bis zu 12 Entdeckungen. Das.“ ist für die 2+2-Jahres-Beobachtung mit dem optimistischsten Planetenmodell.“

In den letzten 20 Jahren ist die Zahl der bekannten Exoplaneten exponentiell gestiegen, mit Stand vom 30. Juli 2023 wurden 5.483 bestätigte Entdeckungen in 4.087 Systemen (und weitere 9.770 Kandidaten, die auf Bestätigung warten) gemacht. Die Entdeckung und Charakterisierung dieser Exoplaneten hat informiert (und herausgefordert) vorherrschende Theorien über Planetenentstehung und Vorkommensraten.

Allerdings bleiben einige Fragen unbeantwortet und es besteht eine erhebliche Unsicherheit darüber, wie häufig bestimmte Planetentypen vorkommen (im Zusammenhang mit Lücken in der Exoplanetenzählung).

Der Zweck dieser und ähnlicher Studien besteht darin, Schätzungen zu erstellen, die mit Beobachtungsdaten verglichen werden können. Die Art und Weise, wie die Ergebnisse von den Schätzungen abweichen, wird dazu beitragen, Planetenentstehungsmodelle zu unterstützen und Wissenschaftlern eine bessere Vorstellung davon zu vermitteln, wie häufig Exoplaneten vorkommen – unter Berücksichtigung von Größe, Masse, Zusammensetzung, Umlaufzeit usw.

Insbesondere werden die Ergebnisse von PLATO zeigen, wie häufig erdähnliche Planeten, die Sonnenanaloge vom G-Typ umkreisen, vorkommen, was dazu beitragen wird, die Suche nach Welten einzugrenzen, die wahrscheinlich bewohnbar – und bewohnt – sind.