Astronomer undersøker hele tiden himmelen for det uventede. De er villige til å omfavne nye ideer som kan erstatte visdommen fra de siste årene.
Men det er ett unntak fra regelen: søket etter Earth 2.0. Her ønsker vi ikke å finne det uventede, men det forventede. Vi ønsker å finne en planet som er så lik vår egen, vi kan nesten kalle den hjem.
Vi kan ikke akkurat avbilde disse planetene med så detaljerte detaljer at vi kan se om det er en vannverden med frodige grønne planter og sivilisasjoner, men vi kan bruke indirekte metoder for å finne en "jordlignende" planet - en planet med en lignende masse og radius til jorden.
Det er bare ett problem: dagens teknikker for å måle en eksoplanets masse er begrenset. Til dags dato måler astronomer radial hastighet - bittesmå vugger i en stjerners bane når den blir trukket av tyngdekraften på eksoplaneten - for å utlede planet-til-stjernemasseforholdet.
Men gitt at de fleste eksoplaneter blir oppdaget via sitt transportsignal - fall i lyset når en planet går foran vertsstjernen sin, ville det ikke være bra om vi kunne måle massen basert på denne metoden alene? Astronomer ved MIT har funnet en måte.
Doktorgradsstudenten Julien de Wit og MacArthur Fellow Sara Seager har utviklet en ny teknikk for å bestemme masse ved å bruke et eksoplanets transitt signal alene. Når en planet går over, går stjernens lys gjennom et tynt lag av planetens atmosfære, som absorberer visse bølgelengder av stjernens lys. Når stjernelyset når jorden, vil det være preget av de kjemiske fingeravtrykkene i atmosfærens sammensetning.
Det såkalte transmisjonsspekteret lar astronomer studere atmosfærene i disse fremmede verdenene.
Men her er nøkkelen: en mer massiv planet kan holde på en tykkere atmosfære. Så i teorien kan en planetens masse måles basert på atmosfæren, eller transmisjonsspekteret alene.
Selvfølgelig er det ikke en til én-korrelasjon, eller vi ville ha funnet ut av dette for lenge siden. Atmosfærens omfang avhenger også av dens temperatur og vekten på dens molekyler. Hydrogen er så lett at det lettere glir fra en atmosfære enn, for eksempel, oksygen.
Så de Wit arbeidet fra en standard ligning som beskrev skalahøyde - den vertikale avstanden som trykket i en atmosfære reduseres over. I hvilken grad trykket faller av, avhenger av planetens temperatur, planetens tyngdekraft (a.masse) og atmosfærens tetthet.
I henhold til grunnleggende algebra: å kjenne noen av disse parametrene vil la oss løse for den fjerde. Derfor kan planetens gravitasjonskraft, eller masse, avledes fra dens atmosfæriske temperatur, trykkprofil og tetthet - parametere som kan oppnås i et transmisjonsspekter alene.
Med det teoretiske arbeidet bak seg brukte de Wit og Seager den varme Jupiter HD 189733b, med en allerede veletablert masse, som en casestudie. Beregningene deres avdekket den samme massemåling (1,15 ganger massen til Jupiter) som den oppnådd ved måling av radial hastighet.
Denne nye teknikken vil kunne karakterisere massen av eksoplaneter basert på transittdataene alene. Mens varme Jupiters forblir hovedmålet for den nye teknikken, tar de Wit og Seager sikte på å beskrive jordlignende planeter i løpet av en nær fremtid. Med lanseringen av James Webb romteleskopet planlagt i 2018, skal astronomer være i stand til å skaffe massen til mye mindre verdener.
Oppgaven er publisert i Science Magazine og er nå tilgjengelig for nedlasting i en mye lengre form her.
