Vores læser Jan Heisterberg spørger:

Hvor stor en brøkdel af de eksisterende exoplaneter kan detekteres ved transit-metoden, hvor stjernens lys reduceres ved planetens passage mellem os og stjernen?

René Tronsgaard Rasmussen, ph.d.-studerende ved DTU Space, svarer:

Lad mig starte med at sige, at man faktisk ikke kender svaret på spørgsmålet endnu. For at bestemme hvor stor en brøkdel af samtlige exoplaneter, vi kan detektere, er man nødt til kende den samlede, underliggende population bedre, end vi gør i dag. Jeg vil til gengæld prøve at forklare, hvordan man regner sandsynligheden ud for det enkelte tilfælde.

En planet, der kredser om sin stjerne, vil til enhver tid kaste en skygge ud i mørket – som en flue, der sværmer omkring en lampe. Under antagelse af, at andre solsystemer er tilfældigt orienteret i forhold til os, vil der være en vis sandsynlighed for, at vi på et tidspunkt ligger inde i planetens kegleformede penumbra, eller halvskygge.

Det betyder, at vi kan observere en delvis formørkelse af stjernens lys – på fagsprog kaldes det en 'transit' eller 'passage'. Fænomenet forekommer også lokalt, når Venus eller Merkur passerer foran solen, set fra Jorden.

Hvis man regner lidt på geometrien, vil man nå frem til, at den brøkdel af himmelkuglen, set fra stjernen, der i løbet af et cirkulært kredsløb bliver ramt af planetens halvskygge, simpelthen er forholdet mellem stjernens radius og planetens baneradius. For elliptiske planetbaner kompliceres beregningen en smule, men princippet er det samme. Hvis man tager Jordens baneradius og solens radius, bliver denne brøkdel cirka 0,5 procent.

Sagt på en lidt anden måde: Vores planet Jorden kan kun ses i transit fra 0,5 procent af universet. Eventuelle udenjordiske astronom-kollegaer i de resterende 99,5 procent kan ikke observere Jorden i transit, uanset hvor stort og lækkert et teleskop de måtte være i besiddelse af.

Men blot fordi geometrien passer, kan man på ingen måde være sikker på at detektere en exoplanet med transit-metoden. Det gælder også om at kigge på det helt rigtige tidspunkt, og helst længe nok til at man kan observere gentagne passager, svarende til flere kredsløb. En enkelt formørkelse varer typisk nogle timer, mens omløbstiden kan være alt fra få timer til årevis.

Idet man leder efter ekstremt små variationer i lyset, sætter bl.a. detektorstøj, atmosfæriske forstyrrelser og stabiliteten af teleskopet og instrumentet også sine begrænsninger. Samtidigt kan selve stjernen også bidrage til forvirringen, eksempelvis ved at have solpletter, som kan få stjernens lys til at variere på en måde, der til forveksling ligner en transit fra en planet.

Et andet godt eksempel er såkaldte 'Hot Jupiters', altså Jupiter-lignende planeter, der kredser helt tæt på deres stjerne. Med en typisk baneradius på kun 1/20 af Jordens baneradius bliver formørkelsen fra en Hot Jupiter 20 gange så sandsynlig som en formørkelse fra en planet i jordlignende kredsløb, altså omkring 10 procent. Samtidig giver de store gasplaneter anledning til et meget større fald i lysstyrke, der gør dem lettere at detektere, og deres korte afstand til stjernen betyder, at omløbstiden er kort, så formørkelserne gentages hyppigt.

De første mange exoplaneter, man opdagede, var netop Hot Jupiters, fordi de er nemmere at se og automatisk bliver favoriseret af både transit-metoden og andre metoder til at studere exoplaneter. Det har siden vist sig, at de faktisk er ret sjældne.

Når astronomer analyserer data fra rumteleskopet Kepler, som har fundet tusindvis af exoplaneter ved hjælp af transit-metoden, benytter man sig af store simulationer, hvor man injicerer forskellige falske formørkelsessignaler ind i de rå data og derefter behandler dem på præcis samme måde, som man ville behandle de rigtige data.

På den måde kan man bestemme følsomheden for forskellige planettyper, kredsløb, og stjerner – og derefter regne baglæns fra de observerede antal og estimere den samlede, underliggende population af exoplaneter.

Man er nået langt, siden de første exoplaneter blev opdaget for mindre end tre årtier siden, men man kender som sagt endnu ikke det fulde billede. Det er især vanskeligt at observere små planeter og planeter i store kredsløb, og de få eksempler, man kender til, er ikke nok til at lave en statistik. I de kommende år vil rummissioner som TESS (Nasa) og PLATO (ESA) sammen med en ny generation af instrumenter til jordbaserede observationer bidrage med en enorm mængde data, som uden tvivl vil bringe os et stort skridt nærmere.