Badanie egzoplanet znacznie się rozwinęło w ostatnich latach, w dużej mierze dzięki misji Kepler. Ale ta misja ma swoje ograniczenia. Keplerowi i innym technologiom trudno jest wyobrazić sobie obszary bliskie ich gwiazdom. Teraz nowy instrument zwany koronografem wirowym, zainstalowany w Hawajskim Obserwatorium Keck, pozwala astronomom patrzeć na dyski protoplanetarne, które znajdują się bardzo blisko orbitujących gwiazd.
Problem z oglądaniem dysków pyłu, a nawet planet blisko ich gwiazd polega na tym, że gwiazdy są o wiele jaśniejsze niż obiekty, które je krążą. Gwiazdy mogą być miliardy razy jaśniejsze niż znajdujące się w pobliżu planety, co sprawia, że prawie nie można ich zobaczyć w blasku. „Moc wiru polega na jego zdolności do wyobrażania sobie planet bardzo blisko ich gwiazdy, czego nie możemy jeszcze zrobić dla planet podobnych do Ziemi”, powiedział Gene Serabyn z Jet Propulsion Laboratory (JPL). „Koronograf wirowy może być kluczem do zrobienia pierwszych zdjęć jasnoniebieskiej kropki, takiej jak nasza.”
„Moc wiru polega na jego zdolności do wyobrażania sobie planet bardzo blisko ich gwiazdy, czego nie możemy jeszcze zrobić dla planet podobnych do Ziemi”. - Gene Serabyn, JPL.
„Koronograf wirowy pozwala nam zajrzeć w regiony wokół gwiazd, w których podobno formują się gigantyczne planety, takie jak Jowisz i Saturn” - powiedział Dmitri Mawet, naukowiec w NASA Jet Propulsion Laboratory i Caltech, oba w Pasadenie. „Do tej pory mogliśmy tylko wyobrażać sobie gazowych gigantów, którzy rodzą się znacznie dalej. Dzięki wirowi będziemy mogli zobaczyć planety krążące tak blisko ich gwiazd, jak Jowisz do naszego Słońca, lub około dwa do trzech razy bliżej niż było to możliwe wcześniej. ”
Koronograf wirowy zamiast maskować światło gwiazd, podobnie jak inne metody oglądania egzoplanet, kieruje światło z detektorów, łącząc fale świetlne i eliminując je. Ponieważ nie ma maski okultystycznej, koronograf wirowy może rejestrować obrazy regionów znacznie bliższych gwiazdom niż inne koronografy. Dmitri Mawet, naukowiec, który wynalazł nowy koronograf, porównuje go do oka burzy.
„Instrument nazywa się koronografem wirowym, ponieważ światło gwiazdy skupia się na optycznej osobliwości, która tworzy ciemną dziurę w miejscu obrazu gwiazdy” - powiedział Mawet. „Huragany mają osobliwość w swoich centrach, w których prędkości wiatru spadają do zera - oko burzy. Koronograf wirowy jest w zasadzie okiem optycznej burzy, w której wysyłamy światło gwiazd. ”
Wyniki z koronografu wirowego zostały przedstawione w dwóch artykułach (tutaj i tutaj) opublikowanych w czasopiśmie Astronomical Journal ze stycznia 2017 r. Jednym z badań był Gene Serabyn z JPL, który jest również szefem projektu wirowego Kecka. Badanie to przedstawiło pierwszy bezpośredni obraz HIP79124 B, brązowego karła, który jest 23 AU od swojej gwiazdy, w regionie formującym gwiazdy zwanym Scorpius-Centaurus.
„Zdolność widzenia bardzo blisko gwiazd pozwala nam również szukać planet wokół bardziej odległych gwiazd, w których planety i gwiazdy pojawiłyby się bliżej siebie. Zdolność do badania odległych gwiazd planet jest ważna dla łapania planet wciąż formujących się ”- powiedział Serabyn.
„Możliwość badania odległych gwiazd w poszukiwaniu planet jest ważna dla łapania planet, które wciąż się formują”. - Gene Serabyn, JPL.
W drugim z dwóch badań wirowych przedstawiono zdjęcia dysku protoplanetarnego wokół młodej gwiazdy HD141569A. Ta gwiazda ma wokół siebie trzy dyski, a koronograf uchwycił obraz najbardziej wewnętrznego pierścienia. Połączenie danych wirowych z danymi z misji Spitzer, WISE i Herschel pokazało, że materiał tworzący planety w dysku składa się z ziaren oliwinu wielkości kamyka. Olivine jest jednym z najliczniejszych krzemianów w płaszczu Ziemi.
„Trzy pierścienie wokół tej młodej gwiazdy są zagnieżdżone jak rosyjskie lalki i podlegają dramatycznym zmianom przypominającym formację planetarną” - powiedział Mawet. „Wykazaliśmy, że ziarna krzemianu zbrylają się w otoczaki, które są budulcem zarodków planet”.
Te obrazy i badania to dopiero początek koronarografu wirowego. Zostanie wykorzystany do spojrzenia na wiele innych młodych układów planetarnych. W szczególności przyjrzy się planetom w pobliżu tak zwanych „linii mrozu” w innych układach słonecznych. Jest to obszar wokół układów gwiezdnych, w którym jest wystarczająco zimno, aby cząsteczki takie jak woda, metan i dwutlenek węgla skondensowały się w stałe, lodowate ziarna. Obecne myślenie mówi, że linia mrozu jest linią podziału między miejscami powstawania planet skalistych i gazowych. Astronomowie mają nadzieję, że koronograf może odpowiedzieć na pytania dotyczące gorących Jowiszów i gorących Neptunów.
Gorące Jowisze i Neptunes to duże gazowe planety, które znajdują się bardzo blisko ich gwiazd. Astronomowie chcą wiedzieć, czy planety te uformowały się blisko linii mrozu, a następnie migrowały do wewnątrz w kierunku swoich gwiazd, ponieważ nie są w stanie uformować się tak blisko swoich gwiazd. Pytanie brzmi, jakie siły skłoniły ich do migracji do wewnątrz? „Przy odrobinie szczęścia możemy złapać planety migrujące przez dysk formujący planety, patrząc na te bardzo młode obiekty” - powiedział Mawet.
