Enam bilion planet seperti Bumi di Bima Sakti? Jika benar, itu mengejutkan. Tetapi nombor itu memerlukan beberapa konteks.
Bima Sakti mempunyai 400 bilion bintang. Jadi, walaupun terdapat enam bilion planet seperti Bumi, ia masih tersebar jauh dan luas di seluruh galaksi kita yang luas.
Satu kajian baru muncul dengan nombor enam bilion. Pengarang bersama ialah Michelle Kunimoto dan Jaymie Matthews, kedua-duanya dari Universiti British Columbia. Tajuk kajian ialah “ Mencari Keseluruhan Data Kepler. II. Anggaran Kadar Kejadian untuk Bintang FGK .” Ia diterbitkan dalam The Astronomical Journal.
Dunia seperti Bumi ialah dunia yang berbatu, lebih kurang sama saiznya dengan Bumi, dan yang mengorbit bintang seperti Matahari, atau G-Type. Ia juga perlu mengorbit bintang itu di zon boleh didiami, iaitu julat jarak yang membolehkan air cecair di planet ini. Perlu diingat bahawa jenis eksoplanet yang paling biasa yang kami kesan ialah planet bersaiz Neptunus yang jauh dari zon boleh didiami.
Ilustrasi artis tentang zon boleh didiami di sekeliling pelbagai jenis bintang. Kredit: NASA
'Pengiraan saya meletakkan had atas 0.18 planet seperti Bumi bagi setiap bintang jenis G,' kata pengarang bersama Kunimoto dalam kenyataan akhbar . 'Menganggarkan betapa biasa pelbagai jenis planet berada di sekeliling bintang yang berbeza boleh memberikan kekangan penting pada pembentukan planet dan teori evolusi, dan membantu mengoptimumkan misi masa depan yang didedikasikan untuk mencari eksoplanet.'
Kerja sebelumnya tentang kejadian planet seperti Bumi telah menghasilkan nombor lain, daripada 0.02 dunia seperti Bumi yang berpotensi boleh didiami bagi setiap bintang seperti Matahari, sehingga lebih besar daripada satu bagi setiap bintang.
'Bima Sakti kami mempunyai sebanyak 400 bilion bintang, dengan tujuh peratus daripadanya adalah jenis G,' kata pengarang bersama Matthews. 'Ini bermakna kurang daripada enam bilion bintang mungkin mempunyai planet seperti Bumi di Galaxy kita.'
Sebilangan besar exoplanet yang kami temui telah ditemui menggunakan kaedah pemasaan transit. Balai cerap automatik seperti Kepler memantau bintang untuk melihat penurunan kecerahan yang dihasilkan oleh planet yang lalu di hadapan bintangnya. Tetapi kaedah itu mempunyai berat sebelah yang tidak dapat dielakkan.
Memandangkan planet yang lebih besar akan menyebabkan penurunan cahaya bintang yang lebih ketara daripada planet yang lebih kecil, kami telah menemui lebih banyak planet gas yang lebih besar daripada dunia yang lebih kecil dan berbatu. Kepler juga lebih cenderung untuk melihat planet dengan tempoh orbit yang lebih pendek. Jadi kita tidak boleh hanya mengambil data Kepler dan mengekstrapolasinya ke seluruh Bima Sakti.
Saiz planet yang disahkan sejurus selepas keluaran 715 planet yang disahkan daripada data Kepler pada Februari 2014. Keputusan Kepler bukanlah gambaran sebenar populasi eksoplanet kerana ia boleh mencari planet yang lebih besar dengan lebih mudah berbanding yang lebih kecil. Kredit: NASA
Dalam kertas kerja mereka, para penyelidik menulis bahawa 'Mencari planet bersaiz Bumi adalah mencabar kerana saiznya yang kecil dan nisbah isyarat-ke-bunyi transit yang rendah (S/Ns), bermakna saluran paip pengesanan planet mempunyai kesukaran yang lebih besar untuk mendedahkannya daripada planet yang lebih besar, dan risiko yang lebih tinggi untuk mengelirukan mereka dengan bunyi bising seperti transit dalam data.'
Untuk mengatasi bias pensampelan ini, Kunimoto menggunakan teknik yang dikenali sebagai 'pemodelan hadapan'.
'Saya bermula dengan mensimulasikan populasi penuh eksoplanet di sekitar bintang yang dicari Kepler,' jelasnya. 'Saya menandakan setiap planet sebagai 'dikesan' atau 'terlepas' bergantung pada kemungkinan algoritma carian planet saya akan menemuinya. Kemudian, saya membandingkan planet yang dikesan dengan katalog planet sebenar saya. Jika simulasi menghasilkan padanan yang rapat, maka populasi awal berkemungkinan merupakan perwakilan yang baik bagi populasi sebenar planet yang mengorbit bintang tersebut.'
Kajian mereka adalah berdasarkan katalog Kepler yang mengandungi kira-kira 200,000 bintang dan ukuran jejari ketepatan daripada Gaia Data Release 2. Mereka juga mengambil kira kecekapan pengesanan dan isyarat hingar seperti transit dalam data. Pada akhirnya, seperti yang ditulis oleh pengarang, “Untuk planet dengan saiz 0.75–1.5R ?mengorbit dalam zon boleh didiami secara konservatif (0.99–1.70 au) di sekeliling bintang jenis G, kami meletakkan had atas (persentil ke-84.1) daripada<0.18 planets per star.”
Angka dari kajian ini menunjukkan kadar kejadian eksoplanet di sekitar bintang G-Type seperti Matahari. Paksi-y menunjukkan jejari planet, dan paksi-x menunjukkan tempoh orbit. Setiap segi empat sama juga dikodkan warna oleh legenda di sebelah kanan. Kredit Imej: Kunimoto dan Matthews, 2020.
Tetapi mendapatkan nombor itu hanyalah sebahagian daripada kajian. Kerja baharu ini juga mempunyai sesuatu untuk diperkatakan tentang perkara yang dikenali sebagai 'jurang jejari planet.'
The jurang jejari juga dikenali sebagai jurang Fulton, selepas Benjamin Fulton, ahli astronomi dan saintis penyelidikan di Institut Sains Eksoplanet NASA. Ia menerangkan fenomena yang digariskan dalam a 2017 kertas oleh Fulton dan pasukan penyelidik.
Atas sebab tertentu, sangat jarang eksoplanet dengan tempoh orbit kurang daripada 100 hari mempunyai radius antara 1.5 dan 2 kali ganda Bumi.
Jurang jejari exoplanet. Atas sebab tertentu, adalah sangat luar biasa untuk menemui exoplanet dengan orbit kurang daripada 100 hari, dengan radius antara 1.5 dan 2 kali ganda daripada Bumi. Rajah daripada THE CALIFORNIA-KEPLER SURVEY.
III. JURANG DALAM TABURAN RADIUS PLANET KECIL. Kredit Imej: Fulton et al, 2017.
Satu penjelasan untuk jurang jejari ini ialah penyejatan foto. Planet terdekat adalah sangat dekat dengan bintang mereka sehingga mereka kehilangan atmosfera mereka kerana sinaran tenaga tinggi bintang dari bintang mereka. Tetapi bintang mereneh selepas 100 juta tahun atau lebih, planet yang lebih besar dengan sampul hidrogen/helium yang lebih tebal mungkin masih mengekalkan beberapa sampulnya apabila sinaran tenaga tinggi dari bintangnya ditutup. Walaupun mereka mengekalkan peratusan kecil atmosfera H/He asal mereka, itu sudah cukup untuk mengembang jejari mereka.
Tetapi Kunimoto dan Matthews menemui sesuatu yang lain.
Mereka mendapati bahawa jurang jejari ini sebenarnya berlaku dalam julat tempoh orbit yang lebih kecil daripada yang ditunjukkan oleh kerja sebelumnya. Keputusan pasukan boleh 'menyediakan kekangan pada model evolusi planet yang menerangkan ciri-ciri jurang jejari.'
Sosok dari kertas Kunimoto dan Matthews. Kelabu latar belakang ialah jurang Fulton, manakala data baharu berwarna hitam. Kredit Imej: Kunimoto dan Matthews, 2020.
Salah satu masalah dalam jenis kerja ini ialah istilah 'zon boleh dihuni.' Tiada takrifan tepat istilah itu, bermakna sukar untuk membandingkan kerja antara pasukan orang yang berbeza. 'Penjelasan separa untuk kekurangan konsistensi antara kesusasteraannilai terletak pada cara pengarang mentakrifkan 'HZ', pengarang menulis.
Masalah lain ialah definisi planet berbatu. 'Satu lagi faktor yang merumitkan ialah bagaimana pengarang menentukan saiz planet berbatu yang berpotensi untuk didiami. Terlalu kecil, dan sebuah planet tidak akan dapat mengekalkan atmosfera atau menyokong plat tektonik.”
Dalam karya ini, pengarang menggunakan takrifan zon boleh didiami yang menjadi lebih biasa: daripada 0.99 hingga 1.70 unit astronomi. Mereka juga menggunakan had jejari bawah 0.75 jejari Bumi untuk planet berbatu dan 1.5 jejari Bumi untuk had atas. Penyelidik lain bekerja dengan definisi yang sama ini.
Konsepsi artis tentang HD 21749c, planet bersaiz Bumi pertama yang ditemui oleh Transiting Exoplanets Survey Satellite (TESS) NASA, serta adik-beradiknya, HD 21749b, dunia bersaiz sub-Neptune yang hangat. Kredit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science.
Ini bukan kerja terakhir pada populasi exoplanet planet seperti Bumi. Kami masih di peringkat awal kajian eksoplanet, dan kami hanya mula mahir mencari eksoplanet, dan mencirikan saiz, jenis dan kedudukannya dengan pasti. Seperti yang dijelaskan oleh Kunimoto dalam siaran akhbar, jenis penyelidikan ini akan membantu kami memperhalusi pemahaman kami tentang populasi exoplanet, dan cara mencarinya.
Tetapi jika terdapat 6 bilion planet seperti Bumi di Bima Sakti, jangkakan untuk mendengar lebih banyak daripada mereka seiring dengan berlalunya masa. Misi seperti NASA TESS dan ESA CHEOPS sedang membawa pencarian planet ke peringkat seterusnya. Jika ada planet lain yang seperti Bumi, mereka tidak boleh bersembunyi selama-lamanya.
Lagi:
- Siaran Akhbar: Sebanyak enam bilion planet seperti Bumi di galaksi kita, menurut anggaran baharu
- Kertas penyelidikan: Mencari Keseluruhan Data Kepler. II. Anggaran Kadar Kejadian untuk Bintang FGK
- Alam Semesta Hari Ini: TESS Menemui Dunia Bersaiz Bumi Pertamanya di Zon Boleh Dihuni Bintang