Az elmúlt néhány évtizedben a felismert és megerősített nap-bolygók száma exponenciálisan nőtt. Jelenleg 3878 exoplaneta létezését megerősítették 2818 bolygórendszerben, további 2737 jelölt vár megerősítést. A vizsgálatra rendelkezésre álló bolygók ilyen mennyiségével az exoplanet kutatás fókuszában az érzékelés a jellemzés felé kezd elmozdulni.
Például a tudósok egyre inkább érdeklődnek az exoplanetek atmoszférájának jellemzése terén, hogy bizalommal mondhassák, hogy az élethez megfelelő összetevőkkel rendelkeznek (azaz nitrogén, szén-dioxid stb.). Sajnos ez a jelenlegi módszerekkel nagyon nehéz. A csillagászok nemzetközi csapata által készített új tanulmány szerint azonban a közvetlen generációra támaszkodó következő generációs eszközök játékváltók lesznek.
A „Közvetlen képalkotás tükrözött fényben: Régebbi, mérsékelt exoplaneták jellemzése 30 m-es távcsövekkel” című tanulmány, a közelmúltban jelent meg online. A tanulmányt Michael Fitzgerald és Ben Mazin vezette - a kaliforniai Los Angeles-i Egyetem (UCLA) asztrofizika egyetemi docensének, illetve a Kaliforniai Egyetem Santa Barbara (UCSB) kísérleti fizikájának Worster székének.
Csatlakoztak a Montreali Egyetem Exoplanetta Kutató Intézetének (iREX), a NASA sugárhajtású laboratóriumának, a Carnegie Obszervatóriumoknak, a Steward Obszervatóriumnak, a Japán Nemzeti Csillagászati Megfigyelő Intézetének, a Massachusetts Technológiai Intézetnek (MIT), a kaliforniai kutatók csatlakoztak hozzájuk. Technológiai Intézet (Caltech) és több egyetem.
Mint rámutattak tanulmányukban, az exoplanetek jellemzésének képessége jelenleg korlátozott. Például jelenlegi módszereink - a legszélesebb körben alkalmazott tranzit módszer és a radiális sebesség mérések - ahhoz vezettek, hogy ezer rövid ideig tartó bolygót fedezzenek fel (olyan bolygók, amelyek kb. 10 napos periódusban futnak a napjuk közelében. Ezeknek a módszereknek az érzékenysége azonban lényegesen csökkenni kezd, minél tovább van az exoplanet a napfénytől.
Sőt, a hosszú távú bolygók szintén nagyrészt elérhetetlenek a spektrumuk szempontjából. Az ilyen típusú elemzés magában foglalja annak a fénynek a mérését, amely a bolygó légkörén áthalad, miközben áthalad a csillagából. A spektrum mérésével az összetétel meghatározására a tudósok jellemezhetik az exoplanet légkörét, és meghatározhatják, hogy egy bolygó valóban lakható-e.
Ennek megoldására a csoport azt javasolja, hogy a közvetlen detektálás (más néven: közvetlen képalkotás) hatékonyabb módszer legyen az exoplanetek légkörének jellemzésére. Ahogyan Dr. Étienne Artigau, az iREX kutatója és a tanulmány társszerzője e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak (francia nyelvre fordítva)
„A visszavert fényben nem találtak egyetlen olyan bolygót sem, amelyet most észleltek. Amikor látjuk a naprendszerünk bolygóit, akkor azért van, mert a Nap megvilágítja őket. Ugyanígy, a többi csillag bolygói is tükrözik a fényt, és ezt a fényt elég erős távcsővel kell detektálni. A bolygók és a csillagok közötti fluxusarány óriási, 1 milliárd nagyságrendű, összehasonlítva a hőkibocsátásuk által detektált bolygókkal, vagy pedig ez az arány inkább 1 millió nagyságrendű. ”
Jelenleg a közvetlen képalkotó képesség az egyetlen eszköz a nem átmenő exoplanetek, különösen a napfénytől közép- és nagy távolságon lévő spektrumok megszerzéséhez. Ebben az esetben a csillagászok az exoplanet atmoszférájának visszavert fényéből spektrumokat kapnak annak összetételének meghatározására. Csak egy maroknyi exoplanettát készítettek közvetlenül eddig, amelyek mindegyike önvilágító szuper-Jupiter volt, amelyek a csillagok körül keringtek száz vagy ezer AU távolságban.
Ezek a bolygók nagyon fiatalok voltak, és hőmérséklete meghaladta az 500 ° C-ot (932 ° F), ami miatt meglehetősen ritka bolygóosztályúak. Ennek eredményeként a csillagászoknak nincs információjuk az exoplanet légkörének sokféleségéről, különösen amikor kisebb, sziklás bolygókról van szó, amelyek hőmérséklete inkább hasonlít a Föld hőmérsékletére - ahol a felszíni hőmérséklet átlagosan 15 ° C (58,7 ° F).
Ennek oka az a tény, hogy a meglévő távcsövek egyszerűen nem képesek érzékeltetni a csillagokhoz közelebb keringő kisebb bolygók közvetlen képét. Mint azt a kutatásukban meghatározták, a csillagoktól 5 AU-n belül elhelyezkedő bolygók légkörének jellemzésére (ahol a sugársebesség-felmérések sok bolygót felfedtek) 30 méteres apertúrájú távcsőre lenne szükség, fejlett adaptív optikával kombinálva, egy koronagráfot és spektrométer és képalkotó készlet.
"Röviden: egyetlen jelenlegi távcső sem képes felismerni ezeket a bolygókat, még a nekünk legközelebb lévő csillagok körül sem, de minden oka van azt hinni, hogy a 30 m vagy annál nagyobb átmérőjű távcsövek következő generációja képes lesz erre” - mondta. Artiqua. "Nem biztos, hogy kezdetben képes lesz felfedezni olyan bolygót, mint a Föld, de legalább az egyiknek képesnek kell lennie az Uránussal és Neptunussal összehasonlítható bolygók felismerésére, ami már kiváló eredmény."
Ilyen új generációs létesítmények és adaptív optikai műszerek között szerepel a Planetary Systems Imager (PSI) a Thirty Meter Telescope (TMT) készüléken, amelyet a hawaii Mauna Kea-ban építenek. És ott van a GMagAO-X műszer a Giant Magellan Telescope (GMT) készüléken, amelyet jelenleg építenek a Las Campanas Obszervatóriumban és 2025-ben terveznek befejezni.
Amint Artigau rámutatott, ezekkel a következő generációs műszerekkel végzett felmérések lehetővé teszik a csillagászok számára a bolygók szélesebb körének felismerését és jellemzését, valamint lehetővé teszik az élet lehetséges jeleinek (más néven bio-aláírások) felkutatását, mint még soha:
„Ez lehetővé teszi számunkra, hogy közvetlenül megvizsgáljuk a Földnél kicsit nagyobb bolygókból származó fényt (és ha optimista vagyunk, akkor talán hasonló a Földhez). Ez az egyik legjobb esélyünk arra, hogy ebben az atmoszférában élet aláírásokat keressünk. Még akkor sem, ha nem találunk életjelzést, lehetővé válik a bolygó egész osztályának megértése, amelyet közvetett módon látunk (átmenetek, sugárirányú sebesség), de amiről nem tudunk semmit. A közvetlen képalkotó képesség az, hogy lehetővé teszi a közvetlen szonda ezeknek a bolygóknak a légköre és még a felszíne is. A nagyfelbontású spektrográf hozzáadása a szelekről és a globális szélkeringésről, valamint a különböző molekulák jelenlétének ellenőrzéséről is ad képet. "
Természetesen továbbra is vannak korlátok arra, amit a tudósok megtanulhatnak a közvetlen képalkotó módszerrel, még akkor is, ha rendelkeznek a következő generációs műszerekkel és távcsövekkel. De az exoplanet kutatás lehetőségei és következményei nem hihetetlenek. Először: a csillagászok jobban megismernék a csillagok megfelelő lakóövezetében keringő kisebb, sziklás bolygók demográfiai jellemzőit.
"A" potenciálisan lakható "bolygók felismerése minden bizonnyal a legizgalmasabb eset, de fontos szem előtt tartani, hogy ez még a 30 méteres távcsövön is meglehetősen nehéz lesz" - mondta Artigua. "Amikor statisztikai előrejelzést készítünk, csak néhány (valószínűleg kevesebb mint 10) földi bolygónak kell lennie, amelyek elérhetők lesznek, és amelyek hőmérséklete megegyezik a miénk hőmérsékletével."
A bolygók ezen tartományán belül Artigau és kollégái számos érdekes forgatókönyvet tudnak elképzelni. Például néhány lehet Vénusz-szerű, ahol a sűrű légkör és a viszonylag közel eső pálya elszivárgó üvegházhatást eredményez. Mások olyanok lehetnek, mint a Mars, ahol a napszél vagy a kitörések eltávolították a bolygók légkörét. Ezen túlmenően lehetnek olyan földi bolygók is, amelyeket még csak el sem tudunk képzelni.
"Röviden: a lakható bolygóknak valószínűleg több képzeletük lenne, mint nálunk" - vonta le a következtetést Dr. Artiqau. "Az exoplanetek ilyen sokfélesége azt is magában foglalja, hogy óvatosnak kell lennünk, amikor azt jósoljuk, hogy az életképes lesz."
"A lényeg az, hogy csodálatos dolgokat tudunk tenni a földön lévõ egzoplanetek tanulmányozásakor 30 m-es távcsövekkel, de komoly technológiai beruházásokra van szükség ahhoz, hogy felkészülhessenek ezeknek a készülékeknek a 30 m-es távcsövekre" - tette hozzá Mazin.
A tanulmány a Kanada Nemzeti Kutatási Tanácsának (NRC) és a Giant Magellan Telescope Organisation (GMTO) Corporation által nyújtott kiegészítő segítségnek köszönhetően vált lehetővé.
