Kính viễn vọng không gian Kepler không bị phát hiện

Kính viễn vọng không gian Kepler phát hiện các hành tinh dựa trên độ sáng giảm xuống do các hành tinh di chuyển qua ngôi sao.

Điều đó có nghĩa là có một số lượng hành tinh không xác định có quỹ đạo sẽ không bị phát hiện vì quỹ đạo của chúng không đi qua đường đó giữa ngôi sao và kính viễn vọng?

Đúng rồi. Độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo quanh các ngôi sao được coi là ngẫu nhiên trên khắp thiên hà, do đó các hành tinh chúng ta có thể phát hiện bằng phương thức vận chuyển chỉ là một phần rất nhỏ của các hành tinh mà chúng ta nên mong đợi trong khu vực sao của chúng ta.

Phương thức vận chuyển chỉ cho phép phát hiện hành tinh khi đường ngắm từ Trái đất đến hệ thống được chứa hoặc gần như chứa trong mặt phẳng quỹ đạo của hành tinh. Điều này có nghĩa là chỉ một phạm vi nhỏ của các khuynh hướng quỹ đạo trên mỗi ngôi sao là tốt để phát hiện.

Tại sao tôi nói gần như vậy? Bởi vì có một số khuynh hướng vẫn sẽ mang lại quá cảnh. Phạm vi này không cố định và nó phụ thuộc vào khoảng cách của hành tinh đến ngôi sao chủ của nó. Như bạn có thể thấy trong sơ đồ này:

Hành tinh A gần ngôi sao hơn và do đó tạo ra một cái bóng rộng hơn. Nếu một người quan sát ở khu vực bóng tối đó ở xa, nó có thể phát hiện hành tinh A. Hành tinh B thay vào đó cách xa ngôi sao hơn và do đó, bóng của nó hẹp hơn. Điều thú vị cần lưu ý là ngay cả khi cả hai hành tinh ở đây có chung mặt phẳng quỹ đạo giống nhau, vẫn có những nơi bạn chỉ phát hiện hành tinh A và không bao giờ phát hiện hành tinh B (xem mũi tên màu xanh lá cây). Đây là lý do chúng ta có sự thiên vị đối với các hành tinh quay quanh gần ngôi sao của chúng.

Hiệu ứng này trên thực tế khá mạnh: hãy xem xét Hệ mặt trời của chúng ta từ góc độ ngoại hành tinh. Nếu bạn được đặt trong một ngôi sao ngẫu nhiên trên bầu trời, cơ hội bạn sẽ phát hiện ra quá cảnh Trái đất là gì? Chà, hóa ra là có nhiều khả năng hơn để phát hiện quá cảnh Sao Thủy, ngay cả khi Sao Thủy là hành tinh nhỏ nhất, chỉ vì nó nằm gần Mặt trời. Một bài báo gần đây cho thấy sơ đồ này về các vùng trên bầu trời nơi một số cư dân ngoài hành tinh sẽ phát hiện ra một phương tiện cho mỗi hành tinh của chúng ta:

$a$

$R_s$$R_p$

$R_p$$R_s$$a$

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

Mối quan hệ này áp đặt một số thành kiến ​​quan sát. Chúng ta có thể thấy các ngoại hành tinh lớn và gần ngôi sao của chúng hơn, nhưng chúng ta không thể thấy các hành tinh nhỏ và xa hơn. Đó là lý do các ngoại hành tinh được phát hiện đầu tiên là cái gọi là Sao Mộc nóng : các hành tinh khổng lồ gần với các ngôi sao của chúng hơn Sao Thủy so với Mặt trời. Sơ đồ này cho thấy tất cả các phát hiện ngoại hành tinh được vẽ trên kích thước so với khoảng cách quỹ đạo:

Như bạn có thể thấy, các hành tinh nhỏ chỉ có thể phát hiện được nếu chúng có quỹ đạo rất nhỏ xung quanh các ngôi sao của chúng. Chúng ta vẫn chưa tìm thấy một hành tinh có kích thước Trái đất (khá nhỏ) và với chu kỳ quỹ đạo 365 ngày (khoảng cách 1 AU) bằng phương pháp vận chuyển. Không có lý do để nghĩ rằng đây là đại diện cho tổng thể các hành tinh. Vùng màu đen của cốt truyện có thể chứa đầy các dấu chấm, nhưng các công cụ của chúng tôi chưa thể trinh sát khu vực đó.

$0.8\;\%$

Sự thật là con số này quá nhỏ, bởi vì Kepler có nhiều thành kiến ​​hơn. Ví dụ, Kepler chỉ xác nhận các hành tinh sau khi phát hiện ba lần chuyển tiếp. Vì nhiệm vụ Kepler kéo dài bốn năm và bốn tháng, chúng ta có thể nói rằng trong trường hợp tốt nhất, Kepler đã có thể phát hiện một hành tinh có chu kỳ quỹ đạo miễn là hai năm và hai tháng, nhưng điều này thậm chí không phải là trường hợp đó để xảy ra quá cảnh nên đã được phát hiện ngay khi bắt đầu nhiệm vụ, giữa chừng và ở cuối chính xác của nó, và sự trùng hợp này đã không xảy ra. Do đó, Kepler không có cơ hội khám phá bất kỳ hành tinh nào có thời gian dài hơn hai năm (đủ cho Trái đất, nhưng không đủ cho Sao Mộc của chúng ta), ngay cả khi độ nghiêng quỹ đạo hoàn toàn phù hợp với quá cảnh. Vì vậy, bạn có thể mong đợi nhiều lần chuyển tiếp có thể hơn so với những lần thực sự được miêu tả bằng kính viễn vọng Kepler.

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

$0.47\;\%$

Loại lý luận này đã được mở rộng. Chúng tôi gặp rất nhiều khó khăn để phát hiện ra chúng, nhưng nếu bạn mô hình hóa độ khó đó và độ lệch tương ứng liên quan đến các công cụ đã biết và bạn giả định cấu hình ngẫu nhiên, bạn có thể thấy rằng mỗi khám phá mang lại ý nghĩa thống kê cho số lượng hành tinh có thể thực sự tồn tại ngoài kia . Hiện tại có rất nhiều phát hiện mà cuối cùng chúng ta có thể thiết lập với niềm tin thống kê rằng có nhiều hành tinh hơn các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta (ngay cả khi chúng ta đã thăm dò một phần cực nhỏ của toàn bộ dân số), ngay cả khi đây là điều chúng ta có thể mong đợi bây giờ bằng chứng mạnh mẽ cho điều đó nhờ vào Kepler. Điều này có nghĩa là có thể có khoảng một nghìn tỷ hoặc nhiều nhà máy hơn trong Dải Ngân hà. Bây giờ chúng tôi cũng có thể thiết lập một số hạn chế thống kê về sự xuất hiện của các hành tinh giống Trái đất (quay quanh khu vực có thể ở được của ngôi sao giống như mặt trời của chúng) nhờ Kepler. Có lẽ có khoảng 11 tỷ hành tinh trong thiên hà của chúng ta với các thông số kỹ thuật này .

TL; DR

Có nhiều hành tinh hơn những hành tinh chúng ta có thể phát hiện bằng phương thức vận chuyển, từ 10 đến 100 lần tùy thuộc vào kích thước và chu kỳ quỹ đạo của hành tinh bạn đang tìm kiếm.

Đúng.

$r/a$$r$$a$

$a/r$

$r \ll a$

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

Một chút chi tiết cuối cùng không thể nắm bắt được bằng một phương trình đơn giản là cơ hội nắm bắt quá cảnh vì nhịp điệu hạn chế hoặc chu kỳ nhiệm vụ của các quan sát.

Ngay cả đối với một nhiệm vụ như Kepler cũng có một giới hạn khi thời gian vận chuyển chỉ có thể bao gồm một hoặc hai điểm quan sát và việc phân biệt quá cảnh trở nên khó khăn. Ditto tất nhiên nếu thời gian thực hiện nhiệm vụ chỉ bao gồm một lần vận chuyển duy nhất để bản chất hành tinh không thể được xác nhận.

$a$

Cuối cùng, bạn phải tính đến tỷ lệ tín hiệu / nhiễu của các quan sát. Các hành tinh nhỏ hơn xung quanh các ngôi sao mờ hơn tạo ra tín hiệu quá cảnh khó phát hiện hơn.

Những vấn đề này chỉ có thể được xử lý bằng cách mô phỏng dữ liệu quan sát.