Mehr als 1.200 neue Planeten mit neuer Technik zur Verifizierung von Kepler-Daten bestätigt

Wissenschaftler der Princeton University und der NASA haben bestätigt, dass es sich bei 1.284 Objekten, die von der NASA-Raumsonde Kepler außerhalb des Sonnensystems der Erde beobachtet wurden, tatsächlich um Planeten handelt. Das Astrophysical Journal berichtete am 10. Mai über die bisher größte Einzelankündigung neuer Planeten und verdoppelt die Anzahl der bisher von Kepler bestätigten Planeten auf mehr als 2.300.

Die Entdeckung der Forscher hängt von einer in Princeton entwickelten Technik ab, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Tausende von Signalen, die Kepler identifiziert hat, effizient zu analysieren, um zu bestimmen, welche am wahrscheinlichsten von Planeten und welche von nichtplanetaren Objekten wie Sternen verursacht werden. Diese automatisierte Technik – implementiert in einem öffentlich verfügbaren maßgeschneiderten Softwarepaket namens Vespa – berechnet die Wahrscheinlichkeit, dass das Signal tatsächlich von einem Planeten verursacht wird.

Mithilfe von Vespa berechneten die Forscher die Zuverlässigkeitswerte für über 7.000 im neuesten Kepler-Katalog identifizierte Signale und verifizierten die 1.284 Planeten mit 99-prozentiger Sicherheit. Sie verifizierten außerdem unabhängig mehr als 700 weitere Planetensignale, die bereits mit anderen Methoden als Planeten bestätigt wurden. Darüber hinaus identifizierten die Forscher 428 Kandidaten als wahrscheinliche „False Positives“ oder Signale, die von etwas anderem als einem Planeten erzeugt wurden.

Timothy Morton, Hauptautor der Studie und Associate Research Scholar für astrophysikalische Wissenschaften in Princeton, hat Vespa entwickelt, weil die enorme Datenmenge, die Kepler seit seiner Einführung im Jahr 2009 gesammelt hat, die traditionelle Methode zur Bestätigung von Planeten durch direkte bodengestützte Folgebeobachtungen gemacht hat unhaltbar, sagte er. Folgebeobachtungen der Kepler-Daten hatten vor der Ankündigung der Princeton-NASA etwas mehr als tausend Planeten bestätigt.

„Vespa ist der Höhepunkt einer veränderten Einstellung zum Umgang mit diesen umfangreichen Datenumfragen“, sagte Morton. „Dieses neue Problem, das Kepler geschaffen hat, besteht darin, dass wir jetzt Tausende neuer Planetenkandidaten haben. Die Astronomen wussten, dass wir all dies nicht auf herkömmliche Weise weiterverfolgen konnten, aber es gab nichts, was es ersetzen könnte. Dieses Ergebnis gibt nun einen genauen Aufschluss darüber, wie wahrscheinlich es ist, dass es sich bei jedem entdeckten Objekt um einen Planeten handelt.“

Kepler, das die Datenerfassung für seine Hauptmission im Jahr 2013 beendete, basierte auf der präzisen Messung der Helligkeit vieler Sterne gleichzeitig. Der Satellit suchte nach Sternen, die eine subtile und regelmäßige Verdunkelung zeigten, was darauf hindeutet, dass ein umlaufender Planet vor diesem Stern vorbeizieht oder ihn durchquert.

Einige Szenarien können jedoch die Signatur eines vorbeiziehenden Planeten nachahmen, beispielsweise zwei Sterne, die einander umkreisen, und ein falsch positives Signal liefern. Die Unterscheidung zwischen echten Planeten und falsch positiven Ergebnissen sei eine der zentralen Herausforderungen bei jeder Untersuchung von Transitplaneten, sagte Morton.

Joshua Winn, außerordentlicher Professor für Physik am Massachusetts Institute of Technology und ehemaliges Mitglied des Kepler-Teams, sagte, dass effiziente Methoden zur Bestätigung von Planeten immer wichtiger werden, da die NASA weitere Weltraumteleskope plant und startet, beispielsweise den Transiting Exoplanet Survey Satellite ( TESS), das voraussichtlich Zehntausende Exoplaneten finden wird.

Der Einzelbestätigungsprozess der Kepler-Daten sei ein Hindernis für Wissenschaftler gewesen, aus den Daten möglichst viele Entdeckungen zu machen, sagte Winn, der stellvertretende wissenschaftliche Direktor von TESS.

„Die Datenrate von [TESS] wird noch höher sein als die von Kepler, daher ist es noch wichtiger, vertrauenswürdige Algorithmen zu haben, um die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass ein bestimmtes Signal tatsächlich von einem Planeten und nicht von einem ‚Betrüger‘ stammt“, sagte Winn , der mit der Vespa-Forschung vertraut ist, daran aber nicht beteiligt war.

„Morton und seine Kollegen haben ein automatisiertes und effektives Mittel bereitgestellt, um die Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, dass ein bestimmtes Signal von einem Planeten stammt“, sagte er. „Das ist genau das, was die Exoplaneten-Gemeinschaft braucht, um echtes Gold von Fälschungen zu unterscheiden.“

Bei der Vespa-Technik werden die Details eines vorbeiziehenden Planetensignals – insbesondere seine Dauer, Tiefe und Form – mit simulierten Planeten- und falsch-positiven Signalen verglichen, um die Art des Signals anzuzeigen, um die es sich am wahrscheinlichsten handelt. Gleichzeitig berücksichtigt Vespa die prognostizierte Verteilung und Häufigkeit von Sterntypen in der Galaxie, von der das Signal stammt, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass ein Planet mit den analysierten Eigenschaften existiert.

Vespa wurde entwickelt, um die interne Überprüfung der Kepler-Daten zu ergänzen, sagte Morton. Ein Signal aus den Kepler-Rohdaten wird nach einer Reihe von Tests innerhalb der Datenverarbeitungspipeline, die darauf abzielen, so viele Betrüger wie möglich auszusortieren, als Planetenkandidat ausgewiesen. Diese Verfahren schließen einen Großteil falsch positiver Ergebnisse aus, sagte Morton. Tatsächlich wurden mehr als 3.000 der Signale aus dem neuesten Katalog bereits lange bevor Morton die aktuelle Vespa-Analyse anwendete, als Fehlalarme identifiziert. Aufgrund ihrer Frequenz und ihres eindeutigen Signals sei es wahrscheinlicher, dass Vespa eine interne Entscheidung bestätigt, dass ein Signal von einem kleinen Planeten stamme, sagte Morton.

„Wenn es etwas gibt, das all diese Tests besteht, dann ist es wahrscheinlich ein Planet“, sagte Morton. „Wir wissen, dass kleine Planeten häufig vorkommen. Wenn Kepler also einen klein aussehenden Planetenkandidaten sieht und dieser die strenge interne Überprüfung besteht, ist es wahrscheinlicher, dass es sich um einen Planeten handelt und nicht um einen Fehlalarm, weil es schwierig ist, dieses Signal mit irgendetwas anderem nachzuahmen.“

Wenn ein Planetkandidat hingegen die Eigenschaften eines Jupiter-großen Planeten aufweist, ist es weniger wahrscheinlich, dass Vespa ihn als Planeten verifiziert. Aufgrund der relativen Seltenheit jupitergroßer Planeten könnte das Signal durchaus von etwas anderem ausgehen, sagte Morton. Einige Planetenkandidaten sind drei- bis viermal größer als Jupiter, was bedeutet, dass Kepler höchstwahrscheinlich Doppelsternsysteme entdeckt hat, in denen ein Stern vor dem anderen vorbeizog.

„Es ist einfacher, etwas von der Größe Jupiters nachzuahmen, und wir wissen, dass Planeten in Jupitergröße seltener vorkommen“, sagte Morton. „Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kandidat in Jupitergröße tatsächlich ein so großer Planet ist, normalerweise relativ gering.“