Teleskop ruang angkasa Kepler tidak terdeteksi planet

Teleskop luar angkasa Kepler mendeteksi planet berdasarkan penurunan kecerahan yang disebabkan oleh planet yang bergerak melewati bintang.

Tidakkah itu berarti bahwa ada sejumlah planet yang tidak diketahui yang memiliki orbit yang tidak akan terdeteksi karena orbitnya tidak melintasi jalur antara bintang dan teleskop?

Betul. Kecenderungan bidang orbit di sekitar bintang dianggap acak di seluruh galaksi, sehingga planet-planet yang dapat kita deteksi dengan metode transit hanyalah sebagian kecil dari planet-planet yang seharusnya kita harapkan di lingkungan bintang kita.

Metode transit memungkinkan deteksi planet hanya ketika garis pandang dari Bumi ke sistem terkandung, atau hampir terkandung, dalam bidang orbit planet. Ini berarti bahwa hanya sejumlah kecil kecenderungan orbital pada setiap bintang yang baik untuk dideteksi.

Kenapa aku hampir berkata? Karena ada sejumlah kecenderungan yang masih akan menghasilkan transit. Kisaran ini tidak tetap, dan itu tergantung pada jarak planet ke bintang inangnya. Seperti yang Anda lihat dalam diagram ini:

Planet A lebih dekat dengan bintang dan karenanya menciptakan bayangan yang lebih luas. Jika seorang pengamat terletak di wilayah gelap itu jauh ia dapat mendeteksi planet A. Planet B sebaliknya lebih jauh dari bintang dan dengan demikian bayangannya lebih sempit. Sangat menarik untuk dicatat, bahwa bahkan jika kedua planet di sini berbagi bidang orbit yang sama persis ada tempat di mana Anda hanya akan mendeteksi planet A dan tidak pernah mendeteksi planet B (lihat panah hijau). Inilah alasan kami memiliki bias terhadap planet yang mengorbit lebih dekat dengan bintang mereka.

Efek ini sebenarnya cukup kuat: pertimbangkan Tata Surya kita dari perspektif exoplanetary. Jika Anda berada di bintang acak di langit, seberapa besar kemungkinan Anda akan melihat transit Bumi? Nah, ternyata jauh lebih mungkin untuk mendeteksi transit Merkurius, bahkan jika Merkurius adalah planet terkecil, hanya karena letaknya di sekitar Matahari. Sebuah makalah baru-baru ini menunjukkan diagram wilayah langit di mana beberapa penduduk asing akan melihat transit untuk masing-masing planet kita:

Seperti yang Anda lihat, Merkurius memiliki strip yang lebih luas. Juga menarik untuk dicatat bahwa karena perbedaan dalam ukuran orbit (mari kita gunakan sumbu semi-utama, , sebagai referensi) dan karena perbedaan kecil dalam kecenderungan orbital tidak ada tempat di seluruh langit dari mana alien dapat mendeteksi secara bersamaan lebih dari empat planet kita dengan metode transit. Tidak ada tempat di alam semesta di mana semua planet Tata Surya akan terdeteksi.$a$

Metode pendeteksian juga tergantung pada ukuran relatif bintang, , dan planet : Bintang yang lebih besar memiliki cakram yang lebih besar (seperti yang dilihat dari Bumi) yang dapat dengan mudah difoto-foto oleh sebuah planet dan planet yang lebih besar dapat memotret dengan lebih mudah jika ini lebih besar.$R_s$$R_p$

$R_p$$R_s$$a$

$P \sim (R_s+R_p)/a$

Hubungan ini membebankan beberapa bias pengamatan. Kita bisa melihat planet ekstrasurya yang besar dan lebih dekat dengan bintang mereka, tetapi kita tidak bisa melihat planet yang lebih kecil dan lebih jauh. Itulah alasan mengapa exoplanet yang terdeteksi pertama adalah yang disebut Jupiters panas : planet-planet raksasa lebih dekat ke bintang-bintang mereka daripada Merkurius ke Matahari. Diagram ini menunjukkan semua deteksi planet ekstrasurya yang diplot berdasarkan ukuran vs jarak orbit:

Seperti yang Anda lihat, planet kecil hanya dapat dideteksi jika memiliki orbit yang sangat kecil di sekitar bintang mereka. Kami belum menemukan planet seukuran Bumi (cukup kecil) dan dengan periode orbit 365 hari (1 jarak AU) menggunakan metode transit. Tidak ada alasan untuk berpikir bahwa ini mewakili populasi planet secara keseluruhan. Wilayah hitam plot mungkin diisi dengan titik-titik, tetapi instrumen kami belum bisa melihat wilayah itu.

$0.8\;\%$

Yang benar adalah bahwa angka ini terlalu kecil, karena Kepler memiliki beberapa bias lagi. Sebagai contoh, Kepler hanya mengkonfirmasi planet setelah tiga transit terdeteksi. Karena misi Kepler berlangsung selama empat tahun dan empat bulan, kita dapat mengatakan bahwa dalam skenario kasus terbaik, Kepler mampu mendeteksi sebuah planet dengan periode orbit selama dua tahun dan dua bulan, tetapi ini bahkan tidak berlaku untuk itu. untuk terjadi transit seharusnya terdeteksi tepat pada awal misi, setengah jalan, dan pada akhir yang tepat, dan kebetulan ini tidak terjadi. Jadi Kepler tidak memiliki kesempatan untuk menemukan planet apa pun dengan periode lebih dari dua tahun (cukup untuk Bumi, tetapi tidak cukup untuk Jupiter kita misalnya), bahkan jika kecenderungan orbital cocok dengan sempurna untuk transit. Jadi, Anda mungkin mengharapkan lebih banyak transit daripada yang sebenarnya digambarkan oleh teleskop Kepler.

$10\;\%$$0.47 \;\%$$0.8\;\%$

$0.47\;\%$

Alasan semacam ini telah diperluas. Kami memiliki banyak kesulitan untuk mendeteksi mereka, tetapi jika Anda secara matematis memodelkan kesulitan itu dan bias terkait dengan instrumen yang dikenal dan Anda mengasumsikan konfigurasi acak, Anda dapat melihat bahwa setiap penemuan menghasilkan signifikansi statistik dengan jumlah planet yang mungkin ada yang benar-benar ada di luar sana. . Ada begitu banyak deteksi sekarang yang akhirnya dapat kita tentukan dengan keyakinan statistik bahwa ada lebih banyak planet daripada bintang di galaksi kita (bahkan jika kita telah menyelidiki sebagian kecil dari seluruh populasi), bahkan jika ini adalah sesuatu yang bisa diharapkan kita miliki. sekarang bukti kuat untuk itu berkat Kepler. Ini berarti bahwa mungkin ada sekitar satu triliun atau lebih tanaman di Bima Sakti. Sekarang kita juga dapat membuat beberapa batasan statistik tentang kemunculan planet-planet mirip Bumi (mengorbit di zona layak huni bintang mirip matahari) berkat Kepler. Mungkin ada sekitar 11 miliar planet di galaksi kita dengan spesifikasi ini .

TL; DR

Ada lebih banyak planet daripada yang dapat kita deteksi dengan metode transit, antara 10 dan 100 kali lebih tergantung pada ukuran dan periode orbit planet yang Anda cari.

Iya.

$r/a$$r$$a$

$a/r$

$r \ll a$

$(1 - e^2)$$a$

Sedikit detail terakhir yang tidak dapat ditangkap oleh persamaan sederhana adalah peluang menangkap transit karena irama terbatas atau siklus tugas pengamatan.

Bahkan untuk misi seperti Kepler ada batas ketika durasi transit hanya dapat mencakup satu atau dua titik pengamatan, dan menjadi sulit untuk membedakan transit. Ditto tentu saja jika durasi misi hanya mencakup satu transit sehingga sifat planet tidak dapat dikonfirmasi.

$a$

Akhirnya, Anda harus memperhitungkan rasio pengamatan terhadap noise. Planet yang lebih kecil di sekitar bintang yang lebih redup menghasilkan sinyal transit yang lebih sulit dideteksi.

Masalah-masalah ini hanya dapat (dan sedang) ditangani dengan membuat simulasi data pengamatan.