Dobrodošli nazaj na zadnji obrok iz naše serije o metodah lova na Exoplanet. Danes začnemo z zelo težko, a zelo obetavno metodo, znano kot Direct Imaging.
V zadnjih nekaj desetletjih se je število planetov, odkritih zunaj našega Osončja, povečevalo s preskoki. Od 4. oktobra 2018 je bilo v 2.887 planetarnih sistemih potrjenih skupno 3.869 eksoplanetov, pri čemer je 638 sistemov gostilo več planetov. Na žalost so bili astronomi zaradi omejitev, s katerimi so se morali spoprijeti, velika večina odkrita s posrednimi metodami.
Doslej so odkrili le nekaj planetov, ko so jih posneli, ko so krožili po svojih zvezdah (aka. Direct Imaging). V primerjavi s posrednimi metodami je ta metoda najbolj obetavna, ko gre za karakterizacijo atmosfer eksoplanetov. Doslej je bilo v 82 planetarnih sistemih s to metodo potrjeno 100 planetov, v bližnji prihodnosti pa naj bi jih našli še veliko.
Opis:
Kot bi ime nakazovalo, Direct Imaging neposredno zajema slike eksoplanetov, kar je mogoče z iskanjem svetlobe, ki se odseva iz atmosfere planeta na infrardeči valovni dolžini. Razlog za to je, da je zvezda na infrardečih valovnih dolžinah verjetno le približno milijon krat svetlejša od planeta, ki odseva svetlobo, in ne več kot milijardo krat (kar je običajno pri vizualnih valovnih dolžinah).
Ena najbolj očitnih prednosti Direct Imaging je, da je manj nagnjena k lažnim pozitivnim rezultatom. Medtem ko je tranzitna metoda do 40% primerov nagnjena k napačnim pozitivnim rezultatom, ki vključujejo en sam sistem planeta (kar zahteva nadaljnje opazovanje), planeti, odkriti z uporabo metode radialne hitrosti, zahtevajo potrditev (zato je običajno seznanjen s tranzitno metodo) . V nasprotju s tem Direct Imaging astronomom omogoča, da dejansko vidijo planete, ki jih iščejo.
Čeprav so priložnosti za uporabo te metode redke, ne glede na to, kje je mogoče neposredno ugotoviti, lahko znanstvenikom nudijo dragocene informacije o planetu. Na primer, s pregledom spektrov, odsevanih od atmosfere planeta, lahko astronomi dobijo pomembne podatke o njegovi sestavi. Te informacije so značilne za karakterizacijo eksoplanetov in določitev, ali je mogoče bivati.
V primeru Fomalhauta b je ta metoda astronomom omogočila, da so izvedeli več o interakciji planeta z zvezdnikovim protoplanetarnim diskom, postavili omejitve na maso planeta in potrdili prisotnost ogromnega sistema obročev. V primeru HR 8799 je količina infrardečega sevanja, ki se odraža v atmosferi njegovega eksoplaneta (v kombinaciji z modeli planetarne tvorbe), zagotovila grobo oceno mase planeta.
Direktno slikanje najbolje deluje na planetih, ki imajo široko orbito in so še posebej masivni (na primer plinski velikani). Zelo koristno je tudi za zaznavanje planetov, ki so postavljeni "obrnjeno", kar pomeni, da ne prehajajo pred zvezdo glede na opazovalca. Zaradi tega se lahko izplača radialna hitrost, ki je najučinkovitejša za zaznavanje planetov, ki so na robu, kjer planeti opravijo svoje zvezde.
Neposredno slikanje je v primerjavi z drugimi metodami precej težko zaradi svetlobnega učinka, ki ga ima zvezda. Z drugimi besedami, zelo težko je zaznati, kako se svetloba odbija od atmosfere planeta, ko je njegova matična zvezda toliko svetlejša. Zaradi tega so priložnosti za neposredno slikanje z uporabo trenutne tehnologije zelo redke.
V glavnem lahko planete s to metodo zaznamo le, če krožijo na velikih razdaljah od svojih zvezd ali so še posebej masivni. Zaradi tega je zelo omejen, ko gre za iskanje zemeljskih (aka. "Zemeljsko podobnih") planetov, ki krožijo bližje zvezdam (tj. Znotraj območja njihovega bivanja). Kot rezultat tega ta metoda ni posebej uporabna, ko gre za iskanje potencialno bivalnih eksoplanetov.
Primeri anket neposrednega slikanja:
Prvo odkrivanje eksoplanetov, uporabljeno s to tehniko, se je zgodilo julija 2004, ko je skupina astronomov uporabila zelo velik teleskopski niz (VLTA) Evropskega južnega observatorija (VLTA), da bi posneli planet večkratno maso Jupitra v neposredni bližini 2M1207 - rjavi škrat, ki se nahaja približno 200 svetlobnih let od Zemlje.
Leta 2005 so nadaljnja opažanja potrdila to orbito eksoplaneta okrog 2M1207. Nekateri pa so ostali skeptični, da je bil to prvi primer "neposrednega slikanja", saj je bila nizka svetilnost rjavega pritlikavca tisto, kar je omogočilo zaznavanje planeta. Poleg tega, ker orbitira rjavi škrat, je nekatere spodbudilo, da plinski velikan ni pravi planet.
Septembra 2008 je bil objekt posnet z ločitvijo 330 AU okoli njegove gostiteljske zvezde, 1RXS J160929,1? 210524 - ki se nahaja 470 svetlobnih let v ozvezdju Škorpijona. Vendar je bilo šele leta 2010 potrjeno, da je planet in spremljevalec zvezde.
13. novembra 2008 je ekipa astronomov objavila, da so s vesoljskim teleskopom Hubble posneli slike eksoplaneta, ki kroži po zvezdi Fomalhaut. Odkritje je bilo mogoče zaradi debelega diska plina in prahu, ki obdaja Fomalhaut, in ostrega notranjega roba, ki kaže na to, da je planet odstranil odpadke.
Nadaljnja opazovanja s Hubbleom so ustvarila slike diska, ki je astronomom omogočila iskanje planeta. Drugi dejavnik je dejstvo, da je ta planet, ki je dvakrat večji od Jupitrovega, obdan z obročnim sistemom, ki je nekajkrat debelejši od Saturnovih prstanov, zaradi česar je planet dokaj močno žarel v vizualni svetlobi.
Istega dne so astronomi, ki so uporabljali teleskope tako iz observatorija Keck kot Gemini Observatory, objavili, da so posneli 3 planete, ki krožijo po HR 8799. Ti planeti, ki imajo 10, 10 in 7-krat večji od Jupitra, so bili vsi zaznani v infrardeči povezavi valovne dolžine. To je bilo pripisano dejstvu, da je HR 8799 mlada zvezda in naj bi planeti okoli nje še vedno zadrževali nekaj toplote svoje tvorbe.
Leta 2009 je analiza posnetkov iz leta 2003 pokazala, da planet Beli Pictoris kroži v orbiti. Leta 2012 so astronomi s teleskopom Subaru v Observatoriju Mauna Kea objavili posnetke "Super-Jupitra" (z 12,8 mase Jupitra), ki kroži okoli zvezde Kappa Andromedae na razdalji približno 55 AU (skoraj dvakratna razdalja Neptuna od Sonce).
Z leti so se našli drugi kandidati, vendar do zdaj ostajajo nepotrjeni kot planeti in bi lahko bili rjavi palčki. Skupno je bilo potrjenih 100 eksoplanetov po metodi neposrednega slikanja (približno 0,3% vseh potrjenih eksoplanetov), velika večina pa so bili plinski velikani, ki so krožili na velikih razdaljah od svojih zvezd.
Vendar pa naj bi se to v bližnji prihodnosti spremenilo, ko bodo na voljo teleskopi in druge tehnologije nove generacije. Sem spadajo zemeljski teleskopi, opremljeni s prilagodljivo optiko, kot sta tridesetmetrski teleskop (TMT) in teleskop Magellan (GMT). Vključujejo tudi teleskope, ki se opirajo na koronografijo (kot je vesoljski teleskop James Webb (JWST), kjer se naprava v teleskopu uporablja za blokiranje svetlobe zvezde.
Druga metoda, ki se razvija, je znana kot "zvezdna senka", naprava, ki je postavljena tako, da prepreči svetlobo zvezdi, preden ta sploh vstopi v teleskop. Za vesoljski teleskop, ki išče eksoplanete, bi bila zvezdna senca ločeno vesoljsko plovilo, zasnovano tako, da se postavi na ravno pravšnjo razdaljo in kot, da bi preprečilo zvezde, ki so jih opazovali zvezdni astronomi.
V reviji Space Magazine imamo veliko zanimivih člankov o lovu na eksoplanete. Tukaj je, kaj je metoda tranzita ?, kaj je metoda radialne hitrosti ?, kaj je metoda gravitacijskega mikroostrenja ?, in Keplerjevo vesolje: več planetov v naši galaksiji kot zvezd.
Astronomy Cast ima tudi nekaj zanimivih epizod na to temo. Tu je epizoda 367: Spitzer ima eksoplanete in epizoda 512: Neposredno slikanje eksoplanetov.
Če želite več informacij, preverite Nasino stran o raziskovanju eksoplanetov, stran planetarnega društva na ekstrasolarnih planetih in arhiv eksoplaneta NASA / Caltech.
Viri:
- NASA - Pet načinov, kako najti eksoplanet: Neposredno predstavljanje
- Wikipedija - Metode zaznavanja eksoplaneta: Neposredno slikanje
- Planetarna družba - Neposredno slikanje
- Observatorij Las Cumbres - Neposredno slikanje
