Nachweis von Exoplaneten

Dies ist normalerweise kein Problem, da es bei den meisten Experimenten einfach darum geht, Exoplaneten zu finden. Sie sind selten so konzipiert, dass es aufgrund aller möglichen Vorurteile, die in die Auswahl der Ziele einfließen, einfach ist, Bevölkerungsstatistiken zu schätzen. Leider hat sich die Suche nach Exoplaneten zu einem Sport entwickelt, bei dem Entdeckung alles ist.

Geht man von einer zufälligen Ausrichtung der Umlaufbahnen aus (und das ist alles, eine Annahme), dann skaliert die Wahrscheinlichkeit eines Transits ungefähr mit

$$P \simeq \frac{R_p+ R_s}{a}$$ wo $R_p$und $R_s$sind der Radius des Planeten bzw. des heißen Sterns und $a$der Umlaufradius des Planeten (mit kleinen Modifikationen für nicht kreisförmige Umlaufbahnen). Je größer dieser ist, desto wahrscheinlicher ist ein Transit. Daher ist es wahrscheinlicher, dass große Exoplaneten, die in der Nähe großer Sterne kreisen, passieren. Im Prinzip kann dieser Effekt dann bei der Berechnung der Statistik und Häufigkeit von Exoplaneten korrigiert werden.

Wie gut ist also die Annahme der zufälligen Bahnneigung? Ich glaube ehrlich gesagt, dass es im Moment niemand weiß. Ich habe an der möglichen Ausrichtung von Spinachsen innerhalb der massearmen Sterne von Haufen gearbeitet ( Jackson & Jeffries 2010 ) und fand Übereinstimmung mit der Zufallshypothese. Neuere Arbeiten unter Verwendung der Asteroseismologie deuten darauf hin, dass es möglicherweise eine Ausrichtung für massereichere Sterne gibt ( Corsaro et al. 2017 ). Aber selbst wenn die Rotationsachsen (und damit vermutlich die meisten Planetenumlaufbahnen) von Sternen in Haufen aufeinander ausgerichtet sind, gibt es keinen offensichtlichen Grund, warum jeder Haufen den gleichen Drehimpulsvektor haben sollte, wenn sich die Haufen schließlich im Feld auflösen, dann würden sie es tun , bilden vermutlich eine Pseudozufallsverteilung?

Abgesehen davon, was wäre, wenn die galaktischen Gezeiten oder ein großräumiges galaktisches Magnetfeld eine Rolle bei der Formung der Drehimpulsrichtung der Wolken spielten, die die Haufen bildeten. Könnte es möglich sein, dass eine Ausrichtung bis ins hohe Alter bestehen bleibt? Corsaroet al. argumentieren, dass Wechselwirkungen innerhalb eines Haufens nicht ausreichen, um die Drehimpulse zu „verschlüsseln“, nachdem die Sternentstehung beendet ist. Enge Wechselwirkungen zwischen Sternen werden viel unwahrscheinlicher, nachdem sie aus einem Haufen in das Feld auftauchen. Eine faszinierende Arbeit von Rees & Zijlstra (2013)fanden heraus, dass es Beweise für eine nicht-zufällige Orientierungsverteilung für bipolare planetarische Nebel in Richtung der galaktischen Ausbuchtung gab. Dies legte nahe, dass die Bahndrehimpulse von Doppelsternsystemen, die für die bipolare Form der Nebel verantwortlich sind, in der galaktischen Ebene orientiert waren. Das Ergebnis ist statistisch hochsignifikant, wurde aber meines Wissens nicht weiterverfolgt, trotz seiner offensichtlichen Implikationen für Schätzungen von Transitausbeuten aus exoplanetaren Durchmusterungen.

Ich denke, dass es eine viel bessere Antwort auf diese Frage geben wird, sobald wir All-Sky-Exoplaneten-Suchen nach der Qualität des Kepler-Satelliten haben (die Kepler-Hauptdurchmusterung verlief in eine bestimmte Richtung). Es sollte sehr offensichtlich werden, wenn es Änderungen in den Planetenerträgen als Funktion der Position des Himmels gibt (obwohl Sie auch die beobachteten Sterntypen kontrollieren müssen), die mit einer großräumigen Ausrichtung verbunden sind. Vielleicht gibt es genug Informationen in den Kepler-K2-Feldern, die an Positionen um die Ekliptik aufgenommen wurden - ich habe keine Analyse gesehen. Solche Daten werden jedoch sicherlich mit dem Start des All-Sky-TESS-Satelliten der NASA im Jahr 2018 verfügbar sein.

Die Annahme zufälliger Orientierungen ist vernünftig. Ein Grund dafür, dass Exoplaneten in den 1980er Jahren nicht entdeckt wurden, war die Erwartung, dass die meisten Sonnensysteme wie unseres sein würden, mit großen Planeten in großer Entfernung, was Transite selten, selten und schwer zu erkennen macht.

Heiße Jupiter haben das geändert. Die meisten Planeten, die Kepler entdeckt, befinden sich sehr nahe an ihrem Mutterstern. Das bedeutet, dass für die Neigung der Rotationsachse gegenüber dem Sonnensystem keine große Koinzidenz erforderlich ist. Eine axiale Neigung zwischen 80 und 90 Grad würde einen Durchgang in vielen der entdeckten Systeme ermöglichen.

Dies wird bei der Schätzung der Anzahl der Sterne mit Planeten berücksichtigt, mit dem Schluss, dass fast alle sonnenähnlichen Sterne Planetensysteme haben. Kepler kann nur einen Bruchteil davon entdecken, aber es vermisst so viele Sterne, dass es eine ganze Reihe von Planetensystemen gefunden hat. Aber die meisten der beobachteten Sterne haben keinen Transit gezeigt. Wenn wir aus seinen Entdeckungen extrapolieren, müssen wir schlussfolgern, dass der Hauptgrund dafür, dass wir keine Planeten um die anderen Sterne entdecken, in der Neigung der exoplanetaren Systeme liegt.

Für eine Analyse der Wahrscheinlichkeiten, die mit Transit-Exoplaneten verbunden sind, können Sie Transit Probabilities for Stars with Stellar Inclination Constraints konsultieren