Witamy ponownie w najnowszej odsłonie naszej serii na temat metod polowania na egzoplanety. Dzisiaj zaczynamy od bardzo trudnej, ale bardzo obiecującej metody znanej jako bezpośrednie obrazowanie.
W ciągu ostatnich kilku dekad liczba planet odkrytych poza Układem Słonecznym wzrosła skokowo. Na dzień 4 października 2018 r. Potwierdzono 3886 egzoplanet w 2887 układach planetarnych, przy czym 638 układów zawiera wiele planet. Niestety, z powodu ograniczeń, z którymi musieli się zmierzyć astronomowie, zdecydowana większość z nich została wykryta metodami pośrednimi.
Do tej pory odkryto tylko garstkę planet, które zostały sfotografowane, gdy krążyły wokół swoich gwiazd (aka. Bezpośrednie obrazowanie). Ta metoda jest trudna w porównaniu do metod pośrednich, ale jest najbardziej obiecująca, jeśli chodzi o scharakteryzowanie atmosfery egzoplanet. Do tej pory potwierdzono 100 planet w 82 układach planetarnych przy użyciu tej metody, a oczekuje się, że w najbliższej przyszłości będzie ich jeszcze więcej.
Opis:
Jak sama nazwa wskazuje, bezpośrednie obrazowanie polega na bezpośrednim rejestrowaniu obrazów egzoplanet, co jest możliwe dzięki poszukiwaniu światła odbitego z atmosfery planety przy długości fal podczerwonych. Powodem tego jest fakt, że przy długościach fal podczerwonych gwiazda może być około 1 milion razy jaśniejsza niż planeta odbijająca światło, a nie miliard razy (co zwykle ma miejsce w przypadku długości fali wizualnej).
Jedną z najbardziej oczywistych zalet bezpośredniego obrazowania jest to, że jest mniej podatny na fałszywe alarmy. Podczas gdy metoda tranzytu jest podatna na fałszywie dodatnie wyniki nawet w 40% przypadków z układem pojedynczej planety (co wymaga obserwacji), planety wykryte za pomocą metody prędkości radialnej wymagają potwierdzenia (dlatego też zazwyczaj są one sparowane z metodą tranzytu) . Natomiast bezpośrednie obrazowanie pozwala astronomom faktycznie zobaczyć planety, których szukają.
Chociaż możliwości zastosowania tej metody są rzadkie, wszędzie tam, gdzie można dokonać bezpośredniego wykrycia, może dostarczyć naukowcom cennych informacji na temat planety. Na przykład, badając widma odbite od atmosfery planety, astronomowie są w stanie uzyskać istotne informacje o jej składzie. Informacje te są nieodłącznym elementem charakteryzującym egzoplanetę i określającym, czy nadają się do zamieszkania.
W przypadku Fomalhaut b metoda ta pozwoliła astronomom dowiedzieć się więcej o interakcji planety z dyskiem protoplanetarnym gwiazdy, nałożyć ograniczenia na masę planety i potwierdzić obecność masywnego układu pierścieniowego. W przypadku HR 8799 ilość promieniowania podczerwonego odbijanego z atmosfery egzoplanety (w połączeniu z modelami formowania się planet) dostarczyła przybliżonego oszacowania masy planety.
Bezpośrednie obrazowanie działa najlepiej na planetach, które mają szerokie orbity i są szczególnie masywne (np. Gazowe olbrzymy). Jest również bardzo przydatny do wykrywania planet ustawionych „twarzą do”, co oznacza, że nie przechodzą one przed gwiazdą względem obserwatora. To czyni go komplementarnym do prędkości radialnej, która jest najbardziej skuteczna w wykrywaniu planet znajdujących się „na krawędzi”, gdzie planety wykonują tranzyty swojej gwiazdy.
W porównaniu z innymi metodami bezpośrednie obrazowanie jest raczej trudne ze względu na zaciemniające działanie światła gwiazdy. Innymi słowy, bardzo trudno jest wykryć światło odbite od atmosfery planety, gdy jej gwiazda macierzysta jest o wiele jaśniejsza. W rezultacie możliwości bezpośredniego obrazowania są bardzo rzadkie przy użyciu obecnej technologii.
W przeważającej części planety można wykryć za pomocą tej metody tylko wtedy, gdy krążą w dużej odległości od swoich gwiazd lub są szczególnie masywne. To sprawia, że jest bardzo ograniczony, jeśli chodzi o poszukiwanie planet naziemnych (zwanych także „ziemskimi”), które krążą bliżej swoich gwiazd (tj. W strefie ich zamieszkania). W rezultacie metoda ta nie jest szczególnie przydatna, jeśli chodzi o wyszukiwanie egzoplanet potencjalnie nadających się do zamieszkania.
Przykłady bezpośrednich badań obrazowych:
Pierwsze wykrycie egzoplanety przy użyciu tej techniki miało miejsce w lipcu 2004 r., Kiedy grupa astronomów wykorzystała bardzo duży układ teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), aby zobrazować planetę kilka razy większą niż masa Jowisza w pobliżu 2M1207 - brązowy karzeł znajdujący się około 200 lat świetlnych od Ziemi.
W 2005 r. Dalsze obserwacje potwierdziły orbitę tej egzoplanety wokół 2M1207. Jednak niektórzy pozostali sceptyczni, że był to pierwszy przypadek „Bezpośredniego obrazowania”, ponieważ niska jasność brązowego karła umożliwiła wykrycie planety. Ponadto, ponieważ krąży wokół brązowego karła, niektórzy twierdzą, że gazowy gigant nie jest odpowiednią planetą.
We wrześniu 2008 roku obiekt został sfotografowany z separacją 330 AU wokół swojej gwiazdy macierzystej, 1RXS J160929.1? 210524 - która znajduje się 470 lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Skorpiona. Jednak dopiero w 2010 r. Potwierdzono, że jest planetą i towarzyszem gwiazdy.
13 listopada 2008 r. Zespół astronomów ogłosił, że wykonał zdjęcia egzoplanety krążącej wokół gwiazdy Fomalhaut za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Odkrycie było możliwe dzięki gęstemu dyskowi gazu i pyłu otaczającemu Fomalhaut oraz ostremu wewnętrznemu brzegowi, który sugeruje, że planeta usunęła szczątki ze swojej ścieżki.
Dalsze obserwacje Hubble'a dały obrazy dysku, który pozwolił astronomom zlokalizować planetę. Kolejnym czynnikiem jest fakt, że ta planeta, która jest dwa razy większa od masy Jowisza, jest otoczona układem pierścieni, który jest kilkakrotnie grubszy niż pierścienie Saturna, co spowodowało, że planeta jaśniała dość jasno w świetle widzialnym.
Tego samego dnia astronomowie używający teleskopów zarówno z Obserwatorium Kecka, jak i Obserwatorium Gemini ogłosili, że zobrazowali 3 planety krążące wokół HR 8799. Wszystkie te planety, o masach 10, 10 i 7 razy większych niż Jowisz, zostały wykryte w podczerwieni długości fal. Wynika to z faktu, że HR 8799 jest młodą gwiazdą i uważa się, że otaczające ją planety nadal zachowują część ciepła swojej formacji.
W 2009 r. Analiza obrazów z 2003 r. Ujawniła istnienie planety krążącej wokół Beta Pictoris. W 2012 r. Astronomowie używający teleskopu Subaru w Obserwatorium Mauna Kea ogłosili obrazowanie „Super-Jowisza” (o masie 12,8 Jowisza) krążącego wokół gwiazdy Kappa Andromedae w odległości około 55 AU (prawie dwa razy większej od Neptuna od Słońce).
Przez lata znaleziono innych kandydatów, ale jak dotąd nie są oni potwierdzonymi planetami i mogą być brązowymi karłami. W sumie 100 egzoplanet zostało potwierdzonych metodą bezpośredniego obrazowania (około 0,3% wszystkich potwierdzonych egzoplanet), a zdecydowana większość to gazowi olbrzymy, które krążą w dużych odległościach od swoich gwiazd.
Oczekuje się jednak, że zmieni się to w najbliższej przyszłości wraz z pojawieniem się teleskopów nowej generacji i innych technologii. Należą do nich teleskopy naziemne wyposażone w optykę adaptacyjną, takie jak Teleskop Trzydziestometrowy (TMT) i Teleskop Magellana (GMT). Obejmują one również teleskopy oparte na koronografii (takie jak James Webb Space Telescope (JWST), w których urządzenie wewnątrz teleskopu służy do blokowania światła z gwiazdy.
Inna opracowywana metoda jest znana jako „gwiezdny cień”, urządzenie, które jest ustawione tak, aby blokować światło gwiazdy, zanim jeszcze trafi ona do teleskopu. W przypadku kosmicznego teleskopu szukającego egzoplanet, gwiezdny cień byłby oddzielnym statkiem kosmicznym, zaprojektowanym do ustawiania się we właściwej odległości i pod odpowiednim kątem, aby zablokować światło gwiazd obserwowane przez astronomów.
Mamy wiele interesujących artykułów na temat polowania na egzoplanety tutaj w Space Magazine. Oto, czym jest metoda transportu ?, Czym jest metoda prędkości radialnej ?, Czym jest metoda mikrosoczewkowania grawitacyjnego? Oraz Wszechświat Keplera: więcej planet w naszej galaktyce niż gwiazdy.
Astronomy Obsada ma również kilka interesujących odcinków na ten temat. Oto odcinek 367: Spitzer robi egzoplanety i odcinek 512: Bezpośrednie obrazowanie egzoplanet.
Aby uzyskać więcej informacji, zajrzyj na stronę NASA poświęconą eksploracji Exoplanet, stronę Planetary Society na planetach pozasłonecznych oraz Archiwum NASA / Caltech Exoplanet.
Źródła:
- NASA - Pięć sposobów na znalezienie egzoplanety: bezpośrednie wyobrażenie
- Wikipedia - Metody wykrywania egzoplanet: obrazowanie bezpośrednie
- The Planetary Society - Direct Imaging
- Obserwatorium Las Cumbres - obrazowanie bezpośrednie
