Üdvözöljük az Exoplanet-Hunting módszerek sorozatában! Ma áttekintjük a különös és egyedülálló módszert, a Gravitational Microlensing néven.
Az extra napenergia bolygók vadászata bizonyosan felmelegedett az elmúlt évtizedben. A technológiai és módszertani fejlesztéseknek köszönhetően a megfigyelt exoplanetek száma (2017. december 1-jétől) 2780 csillagrendszerben elérte a 3 710 bolygót, 621 rendszer pedig több bolygóval büszkélkedhet. Sajnos a csillagászok különféle korlátok miatt kénytelenek birkózni a túlnyomó többséget közvetett módszerekkel fedezték fel.
Az exoplanetek közvetett detektálásának egyik leggyakrabban használt módszere Gravitational Microlensing. Alapvetõen ez a módszer a távoli tárgyak gravitációs erõn alapszik, amikor egy csillagból származó fényt meghajlítanak és fókuszálnak. Amint egy bolygó a csillag elé halad a megfigyelõhöz képest (vagyis áthalad), a fény mérhetõen tompítja, amelyet fel lehet használni a bolygó jelenlétének meghatározására.
Ebben a tekintetben a Gravitational Microlensing a Gravitational Lensing kicsinyített változata, ahol egy beavatkozó objektum (például egy galaxis klaszter) a galaxisból vagy az azon túl található más tárgyból származó fény fókuszálására szolgál. Ez magában foglalja a rendkívül hatékony tranzit módszer kulcsfontosságú elemét is, ahol a csillagok fényerősségének megfigyelését ellenőrzik, hogy jelezzék-e egy exoplanet jelenlétét.
Leírás:
Az Einstein általános relativitáselméletével összhangban a gravitáció az űrtartalmú szövetet meghajolja. Ez a hatás torzíthatja vagy hajlíthatja az objektum gravitációja által érintett fényt. Lencseként is működhet, és a fény fokozottabbá válik, és a távoli tárgyak (mint például a csillagok) világosabbá válnak a megfigyelő számára. Ez a hatás csak akkor jelentkezik, ha a két csillag majdnem pontosan egybe van állítva a megfigyelőhöz képest (azaz az egyik a másik előtt helyezkedik el).
Ezek a „lencsés események” rövid, de bőségesek, mivel a Föld és a csillagok galaxisunkban mindig egymáshoz képest mozognak. Az elmúlt évtizedben több mint ezer ilyen eseményt figyeltek meg, és jellemzően néhány napot vagy hetet tartottak egy időben. Valójában ezt a hatást Sir Arthur Eddington használta 1919-ben az első általános empirikus bizonyítékok előterjesztésére.
Erre az 1919. május 29-i napfogyatkozás során került sor, ahol Eddington és egy tudományos expedíció a Nyugat-Afrika partjainál lévő Principe szigetére utazott, hogy fényképeket készítsen a csillagokról, amelyek a Nap környékén már láthatók voltak. A képek megerősítették Einstein előrejelzését azáltal, hogy megmutatták, hogy ezeknek a csillagoknak a fénye kissé eltolódott a Nap gravitációs mezőjének hatására.
Ezt a technikát eredetileg Shude Mao és Bohdan Paczynski csillagászok 1991-ben javasolták a csillagok bináris társainak keresésére szolgáló eszközként. Andy Gould és Abraham Loeb 1992-ben finomította javaslatát, mint exoplanetek detektálásának módszerét. Ez a módszer akkor a leghatékonyabb, ha bolygót keresnek a galaxis közepe felé, mivel a galaktikus hullám nagyszámú háttércsillagot biztosít.
Előnyök:
A mikrolencselés az egyetlen ismert módszer, amely képes bolygók felfedezésére valóban nagy távolságra a Földtől, és képes megtalálni a legkisebb exoplanetokat. Míg a radiális sebesség-módszer akkor hatékony, ha a Földtől legfeljebb 100 fényév távolságra lévő bolygót keres, és a tranzit fotometria fényévek távolságától több száz éven keresztül képes felfedezni a mikroblendeket, ezer fényév távolságban lévő bolygókra képes.
Míg a legtöbb más módszer érzékelési elfogultságot mutat a kisebb bolygók felé, a mikrolengetési módszer a legérzékenyebb eszköz azon bolygók észlelésére, amelyek a Naphoz hasonló csillagokatől 1-10 csillagászati egység (AU) távolságra vannak. A mikrolencselés az egyetlen bizonyított módszer a kis tömegű bolygók szélesebb körben történő kimutatására, ahol a tranzit módszer és a sugársebesség sem hatékony.
Ezek az előnyök együttesen a mikrolencsölést teszik a leghatékonyabb módszerré a Föld-szerű bolygók Nap-szerű csillagok körüli megtalálására. Ezen túlmenően a mikrolengetési felmérések hatékonyan felszerelhetők a földi eszközökkel. Mint a tranzit fotometria, a Microlensing módszernek az is előnye, hogy felhasználható tízezer csillag egyidejű felmérésére.
Hátrányok:
Mivel a mikrolengetési események egyedi és nem ismétlődhetnek, az ezen módszerrel detektált bolygók nem lesznek megfigyelhetők. Ezen felül, a felfedezett bolygók általában nagyon messze vannak, ami gyakorlatilag lehetetlenné teszi a nyomon követést. Szerencsére a mikrolengető detektálás általában nem igényel nyomon követést, mivel nagyon magas a jel-zaj arányuk.
Noha a megerősítés nem szükséges, néhány bolygó mikroellenési eseményét megerősítették. Az OGLE-2005-BLG-169 esemény bolygójelet HST és Keck megfigyelések igazolják (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Ezen túlmenően a mikrolengető felmérések csak durva becsléseket tudnak készíteni a bolygó távolságáról, így jelentős mozgásteret hagyva a hibának.
A microlensing nem képes pontosan becsülni a bolygó keringési tulajdonságait, mivel az egyetlen olyan keringési tulajdonság, amelyet ezzel a módszerrel közvetlenül meg lehet határozni, a bolygó jelenlegi félig fő tengelye. Mint ilyen, az excentrikus pályán lévő bolygók csak kicsi részén lesznek kimutathatók (amikor messze van a csillagtól).
Végül: a mikrolencslés a ritka és véletlenszerű eseményektől függ - az egyik csillag pontosan a másiknak a áthaladása, a Földről nézve -, ami a detektálást ritka és kiszámíthatatlanná teszi.
Példák gravitációs mikrolenzációs felmérésekre:
A microlensing módszerre támaszkodó felmérések között szerepel az optikai gravitációs lencse kísérlet (OGLE) a Varsói Egyetemen. Andrzej Udalski, az Egyetem Csillagászati Obszervatóriumának igazgatója vezette, ez a nemzetközi projekt az 1,3 méteres „Varsó” távcsövet használja a chilei Las Campanas-ban, hogy mikrohullámú eseményeket keressen a galaktikus hullám körül lévő 100 csillag területén.
Van még a Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) csoport is, az Új-Zéland és Japán kutatói közötti együttműködés. Yasushi Muraki, a Nagoya Egyetem professzora vezetésével ez a csoport a Microlensing módszert használja fel a déli féltekén lévő sötét anyag, a napfölden kívüli bolygók és a csillagok légkörének felmérésére.
És ott van a Szondalencse-anomáliák Hálózata (PLANET), amely öt, 1 méteres távcsövből áll, amelyek a déli féltekén vannak elosztva. A RoboNettel együttműködve ez a projekt képes szinte folyamatos megfigyeléseket biztosítani a Földnél alacsonyabb tömegű bolygók által okozott mikrolengetési eseményekről.
A mai napig legérzékenyebb felmérés a koreai Microlensing Teleszkóp Hálózat (KMTNet), amelyet a Korea Csillagászati és Űrtudományi Intézet (KASI) indított 2009-ben. A KMTNet három déli obszervatórium műszereire támaszkodik, hogy 24 órás folyamatos figyelést nyújtson a a galaktikus dudor, olyan mikrolengető eseményeket keresve, amelyek a csillagok élőhelyén keringő földtömeg-bolygók felé mutatnak.
Sok érdekes cikket írtunk az exoplanet észleléséről itt a Space Magazine-ban. Itt van: Mik az extra napelemes bolygók ?, Mi a tranzit módszer? Mi a sugárirányú sebesség módszer ?, Mi a gravitációs lencse? és Kepler univerzuma: Több bolygó a galaxisunkban, mint a csillagok
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.
A csillagászat szereplői is releváns epizódokkal rendelkeznek a témáról. Íme: 208. epizód: A Spitzer űrteleszkóp, 337. epizód: fotometria, 364. epizód: a CoRoT küldetése, és 367. epizód: Spitzer végez exoplaneket.
Forrás:
- NASA - 5 út a bolygó megtalálásához
- Planetary Society - Microlensing
- Wikipedia - Az exoplanetek észlelésének módszerei
