Üdvözöljük az Exoplanet-vadászati módszerek sorozatunk legújabb részletében. Ma kezdjük a nagyon nehéz, de nagyon ígéretes módszerrel, amelyet Direct Imaging néven ismerünk.
Az elmúlt néhány évtizedben a Naprendszerünkön felfedezett bolygók száma ugrásszerűen növekedett. 2018. október 4-től összesen 3869 exoplaneket megerősítettek 2887 bolygórendszerben, 638 rendszerben több bolygó található. Sajnos a korlátozások miatt az csillagászok kénytelenek voltak birkózni, ezek nagy részét közvetett módszerekkel fedezték fel.
Eddig csak egy maroknyi bolygót fedeztek fel azáltal, hogy képeket készítettek, amikor csillagjaikat keringtek (más néven: Direct Imaging). Noha a közvetett módszerekhez képest kihívást jelent, ez a módszer a legígéretesebb az exoplanetek légkörének jellemzésekor. Eddig 100 bolygót megerősítettek 82 bolygórendszerben ennek a módszernek a felhasználásával, és várhatóan sokkal többet találnak a közeljövőben.
Leírás:
Ahogy a neve is sugallja, a Közvetlen képalkotás exoplanetek képeinek közvetlen rögzítéséből áll, ami lehetséges egy bolygó légköréből infravörös hullámhosszon visszaverődő fény keresésével. Ennek oka az, hogy infravörös hullámhosszon egy csillag valószínűleg csak egymilliárdszor fényesebb, mint egy fényt tükröző bolygó, milliárdszor (ez általában jellemző a vizuális hullámhosszon).
A közvetlen képalkotás egyik legszembetűnőbb előnye, hogy kevésbé hajlamos a hamis pozitív eredményekre. Míg a tranzit módszer hajlamos hamis pozitív eredményre az egyetlen bolygó rendszerét érintő esetek akár 40% -ában (utómegfigyeléseket igényel), a radiális sebesség módszerrel detektált bolygók megerősítést igényelnek (ezért miért általában párosul a tranzit módszerrel) . Ezzel szemben a közvetlen képalkotás lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy valóban látják a keresett bolygót.
Noha ennek a módszernek a használata ritkán fordul elő, bárhol is lehet közvetlen detektálást végezni, értékes tudást nyújthat a tudósoknak a bolygóról. Például, ha megvizsgáljuk a bolygó légköréből visszatükröződő spektrumokat, a csillagászok alapvető információkat szerezhetnek a bolygó összetételéről. Ez az információ elengedhetetlen az exoplanet jellemzéséhez és annak meghatározásához, hogy potenciálisan lakható-e.
A Fomalhaut b esetében ez a módszer lehetővé tette a csillagászoknak, hogy megismerjék a bolygó kölcsönhatását a csillag protoplanetáris korongjával, korlátokat szabjanak a bolygó tömegére és megerősítsék egy hatalmas gyűrűrendszer jelenlétét. A HR 8799 esetében az exoplanet légköréből visszatükröződő infravörös sugárzás mennyisége (a bolygóképződés modelleivel kombinálva) durván becsülte meg a bolygó tömegét.
A közvetlen képalkotás a legjobban azokon a bolygóknál működik, amelyek széles körpályái vannak és különösen hatalmasak (például gáz óriások). Ez is nagyon hasznos az arccal szemben elhelyezkedő bolygók észlelésekor, azaz nem haladnak át a csillag előtt a megfigyelőhöz képest. Ez megkönnyíti a sugársebesség elérését, ami a leghatékonyabban az élek felé mutató bolygók észlelésére szolgál, ahol a bolygók átmennek csillagjukból.
Más módszerekkel összehasonlítva a közvetlen képalkotás meglehetősen nehéz, mivel a csillagok fényét eltakarja. Más szavakkal, nagyon nehéz felismerni a bolygó légköréből visszatükröződő fényt, amikor a szülői csillag sokkal világosabb. Ennek eredményeként a közvetlen képalkotó lehetőségek nagyon ritkák a jelenlegi technológiát használva.
A bolygók nagyrészt csak akkor észlelhetők ezzel a módszerrel, ha a csillagoktól nagy távolságra keringnek, vagy különösen hatalmasak. Ez nagyon korlátozottá teszi a csillagokhoz közelebb keringő földi (más néven „Föld-szerű”) bolygók keresését, azaz a csillagok lakhatósági zónáján belül. Ennek eredményeként ez a módszer nem különösebben hasznos, ha potenciálisan alkalmazható exoplaneto planétákat keresünk.
Példák a közvetlen képalkotó felmérésekre:
Az első exoplanet-detektálás ezzel a technikával 2004. júliusában történt, amikor egy csillagászok egy csoportja az Európai Déli Megfigyelő Intézet (ESO) nagyon nagy teleszkópos tömbjét (VLTA) használta a Jupiter tömegének többszörösének megfelelő bolygó felvételéhez a 2M1207 közvetlen közelében - egy barna törpe, amely körülbelül 200 fényévre van a Földtől.
2005-ben további megfigyelések megerősítették az exoplanet keringési pályáját a 2M1207 körül. Egyesek azonban szkeptikusak maradtak abban, hogy ez volt a „Közvetlen képalkotás” első esete, mivel a barna törpe alacsony fényerőssége tette lehetővé a bolygó felismerését. Ezenkívül, mivel egy barna törpe körül kering, néhányan azt állították, hogy a gáz óriás nem megfelelő bolygó.
2008. szeptemberében egy objektumot 330 AU elválasztással képeztek a gazdasztár körül, az 1RXS J160929.1? 210524 körül - amely 470 fényévnyire található a Scorpius csillagképben. Csak 2010-ben nyugtázta, hogy bolygó és társa a csillagnak.
2008. november 13-án egy csillagászok egy csoportja bejelentette, hogy a Homble Űrtávcső segítségével képeket készített egy Fopalhaut csillagot keringő exoplanetáról. A felfedezésre a Fomalhautot körülvevő vastag gáz- és porkorong, valamint az éles belső széleknek köszönhetően került sor, amely azt sugallja, hogy egy bolygó törmeléket távolított el útjáról.
A Habble nyomon követésével a lemez képei készültek, amelyek lehetővé tették a csillagászok számára, hogy megtalálják a bolygót. Egy másik hozzájáruló tényező az a tény, hogy ezt a bolygót, amely kétszerese a Jupiter tömegének, egy olyan gyűrűrendszer veszi körül, amely többször vastagabb, mint a Szaturnusz gyűrűi, ezért a bolygó meglehetősen erősen ragyogott a látványos fényben.
Ugyanazon a napon a csillagászok, mind a Keck Observatory, mind a Gemini Observatory távcsöveit használva, bejelentették, hogy 3 bolygót képeztek fel, amelyek a HR 8799-en keringnek. Ezek a bolygók, amelyek tömege 10, 10 és 7-szer nagyobb, mint a Jupiternél, mind infravörös felderítés alatt álltak. hullámhosszon. Ennek tulajdonítható az a tény, hogy a HR 8799 egy fiatal csillag, és úgy gondolják, hogy a bolygók, amelyek körül vannak, megtartják kialakulásuk bizonyos hőjét.
2009-ben a 2003-ból származó képek elemzése feltárta a Beta Pictoris körüli körüli körüli bolygó létezését. 2012-ben a Subaru távcsövet használó csillagászok a Mauna Kea Obszervatóriumban bejelentették egy „Super-Jupiter” (12,8 Jupiter tömegű) felvételét, amely körülbelül 55 AU távolságra kerüli a Kappa Andromedae csillagot (közel kétszerese a Neptunustól és a Nap).
További jelölteket találtak az évek során, ám eddig még nem erősítették meg őket bolygókként és barna törpék lehetnek. Összességében 100 exoplanett megerősítésére került sor a közvetlen képalkotó módszerrel (az összes megerősített exoplaneta megközelítőleg 0,3% -a), és túlnyomó többségük olyan gáz óriások volt, amelyek nagy távolságra keringtek a csillagokatól.
Ez azonban a közeljövőben várhatóan megváltozik, amikor a következő generációs távcsövek és más technológiák elérhetővé válnak. Ide tartoznak az adaptív optikával felszerelt földi távcsövek, például a Thirty Meter Teleszkóp (TMT) és a Magellan Teleszkóp (GMT). Ide tartoznak a koronográfiára támaszkodó távcsövek is (mint például a James Webb Űrtávcső (JWST)), ahol a távcső belsejében lévő készüléket egy csillag fényének megakadályozására használják.
Egy másik fejlesztés alatt álló módszer „csillagárnyék” néven ismert, amely olyan helyzetben van, hogy blokkolja a csillagok fényét még mielőtt a távcsőbe kerülne. Az exoplaneettákat kereső űrbázisú távcsövek számára a csillagszóró külön űrhajó lenne, amelyet úgy terveztek, hogy pontosan a megfelelő távolságban és szögben helyezkedjen el, hogy megakadályozza a csillagfényt a csillagok által megfigyelt csillagoktól.
Sok érdekes cikket találunk az exoplanet vadászatról a Space Magazine-ban. Itt van: Mi a tranzit módszer ?, Mi a radiális sebesség módszer? Mi a gravitációs mikrolengetési módszer? És Kepler Universe: Több bolygó a galaxisunkban, mint a csillagok.
A Csillagászat szereplőinek érdekes epizódjai is vannak a témában. Itt van a 367-es epizód: A Spitzer exoplaneket készít és az 512-es epizód: Az exoplanetek közvetlen képe.
További információkért nézze meg a NASA oldalát az Exoplanet Exploration oldalán, a Planetary Society oldalát az Extrasolar Planets oldalon és a NASA / Caltech Exoplanet Archívumot.
Forrás:
- NASA - Öt út az exoplanet megtalálásához: Közvetlen képzelet
- Wikipedia - Az exoplanet detektálásának módszerei: Közvetlen képalkotás
- A Planetary Society - Közvetlen képalkotás
- Las Cumbres Obszervatórium - Közvetlen képalkotás
