W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci liczba wykrytych i potwierdzonych planet pozasłonecznych wzrosła wykładniczo. Obecnie potwierdzono istnienie 3778 egzoplanet w 2818 układach planetarnych, a kolejne 2737 kandydatów czeka na potwierdzenie. Ponieważ ta liczba planet jest dostępna do badań, badania egzoplanet zaczęły się przesuwać z wykrywania na charakterystykę.
Na przykład naukowcy są coraz bardziej zainteresowani scharakteryzowaniem atmosfery egzoplanet, aby mogli z pewnością powiedzieć, że mają odpowiednie składniki do życia (tj. Azot, dwutlenek węgla itp.). Niestety przy użyciu obecnych metod jest to bardzo trudne. Jednak według nowego badania przeprowadzonego przez międzynarodowy zespół astronomów przyrządy nowej generacji, które opierają się na obrazowaniu bezpośrednim, zmieniają grę.
Badanie „Bezpośrednie obrazowanie w świetle odbitym: charakterystyka starszych, umiarkowanych egzoplanet za pomocą 30-metrowych teleskopów” pojawiło się niedawno w Internecie. Badanie prowadzone było odpowiednio przez Michaela Fitzgeralda i Bena Mazina - profesora astrofizyki na University of California Los Angeles (UCLA) i Worster Chair in Experimental Physics na University of California Santa Barbara (UCSB).
Dołączyli do nich naukowcy z University for Montreal's Institute for Research on Exoplanets (iREX), NASA's Jet Propulsion Laboratory, Carnegie Observatories, Steward Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kalifornia Institute of Technology (Caltech) i wiele uniwersytetów.
Jak wskazują w swoich badaniach, nasze możliwości charakteryzowania egzoplanet są obecnie ograniczone. Na przykład nasze obecne metody - najczęściej stosowaną metodą tranzytu i pomiaru prędkości radialnej - doprowadziły do odkrycia tysięcy planet krótkoterminowych (planet, które krążą blisko swoich słońc z okresem około 10 dni). Jednak czułość tych metod zaczyna znacznie spadać, im dalej egzoplaneta znajduje się od Słońca.
Co więcej, długoterminowe planety są również w dużej mierze niedostępne, jeśli chodzi o ich widma. Ten rodzaj analizy polega na pomiarze światła, które przechodzi przez atmosferę planety, gdy przechodzi ona z gwiazdy. Mierząc jego widma w celu określenia jego składu, naukowcy mogą scharakteryzować atmosferę egzoplanety i ustalić, czy planeta rzeczywiście nadaje się do zamieszkania.
Aby rozwiązać ten problem, zespół sugeruje, że bezpośrednie wykrywanie (inaczej bezpośrednie obrazowanie) będzie bardziej skuteczną metodą charakteryzowania atmosfery egzoplanet. Jak wyjaśniła dr. Étienne Artigau, badaczka iREX i współautorka badania, czasopismo Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej (przetłumaczone z francuskiego)
„Na razie nie wykryto żadnej planety w„ świetle odbitym ”. Kiedy widzimy planety naszego Układu Słonecznego, możemy je zobaczyć, ponieważ są oświetlone przez Słońce. W ten sam sposób planety innych gwiazd odbijają światło i musi być możliwe wykrycie tego światła za pomocą wystarczająco silnego teleskopu. Stosunek strumienia między planetami i ich gwiazdami jest ogromny, rzędu 1 miliarda, w porównaniu z planetami wykrytymi przez ich emisję cieplną, lub stosunek ten jest rzędu rzędu 1 miliona. ”
Obecnie bezpośrednie obrazowanie jest jedynym sposobem uzyskiwania widm nieprzenikających egzoplanet, szczególnie tych, które znajdują się w pośrednich i dużych odległościach od swoich słońc. W tym przypadku astronomowie uzyskują widma ze światła odbitego od atmosfery egzoplanety, aby określić jej skład. Do tej pory bezpośrednio zobrazowano tylko garstkę egzoplanet, z których wszystkie były samoświecącymi super-Jowiszami, krążącymi wokół swoich gwiazd-gospodarzy w odległości setek lub tysięcy AU.
Planety te były bardzo młode i miały temperatury przekraczające 500 ° C (932 ° F), co czyni je raczej rzadką klasą planet. W rezultacie astronomowie nie mają informacji o różnorodności atmosfery egzoplanetowej, szczególnie jeśli chodzi o mniejsze, skaliste planety, których temperatura jest zbliżona do temperatury Ziemi - gdzie temperatura powierzchni wynosi średnio około 15 ° C (58,7 ° F).
Wynika to z faktu, że istniejące teleskopy po prostu nie mają czułości, aby bezpośrednio obrazować mniejsze planety krążące bliżej gwiazd. Jak ustalili w swoich badaniach, charakterystyka atmosfer planet znajdujących się w odległości 5 AU od ich gwiazd (gdzie badania prędkości radialnej ujawniły wiele planet) wymagałyby teleskopu o aperturze 30 metrów w połączeniu z zaawansowaną optyką adaptacyjną, koronografem i zestaw spektrometrów i kamer.
„Krótko mówiąc, żaden obecny teleskop nie może wykryć tych planet, nawet wokół najbliższych nam gwiazd, ale istnieją wszelkie powody, by sądzić, że kolejna generacja teleskopów o średnicy 30 mi więcej będzie w stanie to zrobić”, powiedział Artiqua. „Nie jest pewne, czy można początkowo wykryć planety takie jak Ziemia, ale przynajmniej jedna powinna być w stanie wykryć planety porównywalne do Urana i Neptuna, co byłoby już doskonałym rezultatem”.
Takie obiekty nowej generacji i przyrządy do adaptacyjnej optyki obejmują Planetary Systems Imager (PSI) na trzydziestometrowym teleskopie (TMT), który jest proponowany do budowy na Mauna Kea na Hawajach. I jest przyrząd GMagAO-X w Giant Magellan Telescope (GMT), który jest obecnie w budowie w Obserwatorium Las Campanas i którego zakończenie planowane jest na 2025 r.
Jak wskazał Artigau, badania przeprowadzone za pomocą tych instrumentów nowej generacji umożliwią astronomom wykrycie i scharakteryzowanie szerszego zakresu planet, a także umożliwią poszukiwanie możliwych oznak życia (inaczej biozpisów), jak nigdy dotąd:
„Umożliwi nam to bezpośrednie badanie światła pochodzącego z planet nieco większych od Ziemi (i być może z Ziemi, jeśli jesteśmy optymistami). To jedna z naszych najlepszych okazji, aby szukać sygnatur życia w tych atmosferach. Nawet jeśli nie znajdziemy sygnatury życiowej, pozwoli to zrozumieć całe klasy planet, które widzimy pośrednio (tranzyty, prędkość radialna), ale o których nic nie wiemy… Znaczenie bezpośredniego obrazowania polega na tym, że pozwala ono bezpośrednio sondować atmosferę, a nawet powierzchnię tych planet. Dodanie spektrografu o wysokiej rozdzielczości daje także wyobrażenie o wiatrach i globalnej cyrkulacji wiatru, a także badanie obecności różnych cząsteczek. ”
Oczywiście nadal będą istniały ograniczenia tego, czego naukowcy mogą się nauczyć przy użyciu metody bezpośredniego obrazowania, nawet mając do dyspozycji instrumenty i teleskopy nowej generacji. Ale możliwości i implikacje dla badań egzoplanet są ogromne. Po pierwsze, astronomowie mogliby lepiej zrozumieć demografię mniejszych, skalistych planet, które krążą wokół odpowiednich stref mieszkalnych swoich gwiazd.
„Wykrywanie planet„ potencjalnie nadających się do zamieszkania ”jest z pewnością najbardziej ekscytującym przypadkiem tutaj, ale należy pamiętać, że będzie to dość trudne nawet z teleskopem 30 m”, powiedział Artigua. „Kiedy dokonujemy prognozy statystycznej, powinno być tylko kilka (prawdopodobnie mniej niż 10) planet naziemnych, które będą dostępne i będą miały temperaturę porównywalną z naszą.”
W tym zakresie planet Artigau i jego koledzy mogą wyobrazić sobie wiele interesujących scenariuszy. Na przykład niektóre mogą być podobne do Wenus, gdzie gęsta atmosfera i względnie mała orbita powodują niekontrolowany efekt cieplarniany. Inne mogą być podobne do Marsa, gdzie wiatr słoneczny lub wybuchy zdarły atmosferę planet. Poza tym mogą istnieć planety ziemskie, których nawet nie możemy sobie wyobrazić.
„Krótko mówiąc, planety nadające się do zamieszkania mogłyby równie dobrze mieć więcej wyobraźni niż my” - podsumował dr Artiqau. „Ta różnorodność egzoplanet oznacza również, że musimy być ostrożni, gdy przewidujemy, że będzie nadawał się do zamieszkania.”
„Najważniejsze jest to, że możemy robić niesamowite rzeczy w badaniach egzoplanet z ziemi za pomocą 30-metrowych teleskopów, ale potrzebne są znaczne inwestycje w technologię, aby przygotować się do budowy tych instrumentów dla teleskopów 30-metrowych”, dodał Mazin.
Badanie było możliwe dzięki dodatkowej pomocy National Research Council of Canada (NRC) i Giant Magellan Telescope Organisation (GMTO) Corporation.
