V zadnjih nekaj desetletjih se je število zaznanih in potrjenih zunaj sončnih planetov eksponentno povečalo. Trenutno je bilo potrjenih obstoj 3.778 eksoplanetov v 2.818 planetarnih sistemih, dodatnih 2737 kandidatov pa čaka na potrditev. S tem obsegom planetov, ki so na voljo za preučevanje, se je žarišče raziskav eksoplanetov začelo preusmerjati od odkrivanja do karakterizacije.
Na primer, znanstveniki so vedno bolj zainteresirani za opisovanje atmosfer eksoplanetov, da lahko z zaupanjem trdijo, da imajo prave sestavine za življenje (to so dušik, ogljikov dioksid itd.). Žal je to z uporabo trenutnih metod zelo težko. Glede na novo raziskavo mednarodne ekipe astronomov pa bodo instrumenti naslednje generacije, ki se zanašajo na neposredno slikanje, menjalnik iger.
Študija "Neposredno slikanje v odsevni svetlobi: karakterizacija starejših, zmernih eksoplanetov s 30-metrskimi teleskopi" se je nedavno pojavila na spletu. Študijo sta vodila Michael Fitzgerald in Ben Mazin - izredna profesorja astrofizike na kalifornijski univerzi v Los Angelesu (UCLA) in Worster katedra za eksperimentalno fiziko na kalifornijski univerzi Santa Barbara (UCSB).
Pridružili so se jim raziskovalci Inštituta za raziskovanje eksoplanetov (iREX) Univerze v Montrealu, Nasinega laboratorija za reaktivni pogon, Naservatorija Carnegie, Observatorija Steward, Nacionalnega astronomskega observatorija Japonske, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kalifornija Tehnološki inštitut (Caltech) in več univerz.
Kot navajajo v svoji študiji, so naše sposobnosti za karakterizacijo eksoplanetov trenutno omejene. Na primer, naše sedanje metode - najpogosteje uporabljena metoda tranzita in meritve radialne hitrosti - so privedle do odkritja na tisoče planetov s kratkim obdobjem (planeti, ki krožijo blizu svojih soncev v obdobju približno 10 dni). Vendar pa občutljivost teh metod začne močno padati, kolikor dlje je eksoplanet od sonca.
Še več, dolgoročni planeti so tudi v veliki meri nedostopni, kar zadeva njihove spektre. Ta vrsta analize vključuje merjenje svetlobe, ki prehaja skozi ozračje planeta, ko prehaja iz njegove zvezde. Znanstveniki lahko z merjenjem njegovih spektrov določijo sestavo eksoplaneta in ugotovijo, ali je planet v resnici lahko bivalni.
Za reševanje tega vprašanja skupina predlaga, da bo neposredno odkrivanje (aka. Neposredno slikanje) učinkovitejša metoda za karakterizacijo atmosfere eksoplanetov. Kot je za Space Magazine po e-pošti (prevedeno iz francoščine) pojasnil dr. Étienne Artigau, raziskovalec iREX in soavtor študije
"Nobenega zaznanega planeta za zdaj ni bilo mogoče najti v" odbojni svetlobi ". Ko vidimo planete našega osončja, jih lahko vidimo, ker jih osvetli Sonce. Na enak način planeti drugih zvezd odbijajo svetlobo, zato mora biti mogoče zaznati to svetlobo z dovolj močnim teleskopom. Razmerje pretoka med planeti in njihovo zvezdo je ogromno, približno 1 milijarda, v primerjavi s planeti, ki jih zazna njihova toplotna emisija, ali pa je to razmerje približno 1 milijon. "
Trenutno je neposredno slikanje edino sredstvo za pridobitev spektra neprehodnih eksoplanetov, zlasti tistih, ki so na vmesnih in velikih razdaljah od svojih soncev. V tem primeru astronomi pridobijo spekter svetlobe, ki se odbija od atmosfere eksoplaneta, da določijo njegovo sestavo. Doslej je bilo neposredno posnetih le nekaj eksoplanetov, vsi pa so bili samosvetleči super Jupiterji, ki so krožili na svoje zvezde gostiteljice na razdalji sto ali tisoč AU.
Ti planeti so bili zelo mladi in so imeli temperaturo nad 500 ° C (932 ° F), zaradi česar so precej redek razred planetov. Kot rezultat, astronomi nimajo podatkov o raznolikosti eksoplanetnih atmosfer, zlasti ko gre za manjše skalnate planete, ki imajo temperature bolj podobne kot na Zemlji - tam, kjer površinske temperature znašajo okoli 15 ° C (58,7 ° F).
To je posledica dejstva, da obstoječi teleskopi preprosto nimajo občutljivosti za neposredno sliko manjših planetov, ki krožijo bližje zvezdam. Kot so ugotovili v svoji študiji, bi za določitev atmosfere planetov, ki so znotraj 5 AU njihovih zvezd (kjer so raziskave radialne hitrosti razkrile številne planete), potreboval teleskop s 30-metrsko odprtino v kombinaciji z napredno prilagodljivo optiko, koronagrafom in nabor spektrometrov in slik.
"Skratka, noben trenutni teleskop ne more zaznati teh planetov, niti okoli zvezd, ki so nam najbližje, vendar obstaja razlog, da verjamemo, da bodo naslednje generacije teleskopov s premerom 30 m in več lahko to storile," je dejal Artiqua. "Ni gotovo, da bo kdo sprva lahko zaznal planete, kot je Zemlja, vendar bi vsaj eden moral biti sposoben zaznati planeta, primerljiva z Uranom in Neptunom, kar bi bil že izjemen rezultat."
Takšna oprema naslednje generacije in prilagodljivi optični instrumenti vključujejo Imalo planetarnih sistemov (PSI) na teleskopu tridesetih metrov (TMT), ki je predlagan za gradnjo na Mauna Kea, Havaji. In obstaja instrument GMagAO-X na teleskopu Giant Magellan (GMT), ki se trenutno gradi v observatoriju Las Campanas in naj bi bil dokončan leta 2025.
Kot je navedel Artigau, bodo raziskave, opravljene s temi instrumenti nove generacije, astronomom omogočile zaznavanje in karakterizacijo širšega obsega planetov, pa tudi iskanje možnih znakov življenja (aka biosignature), kot še nikoli doslej:
"To nam bo omogočilo, da bomo neposredno preučevali svetlobo, ki prihaja s planetov le malo večjo od Zemlje (in morda kot Zemlja, če smo optimistični). To je ena naših najboljših možnosti, da v teh atmosferah poiščemo življenjske podpise. Tudi če ne najdemo življenjskega podpisa, bo to omogočilo razumevanje celotnih razredov planeta, ki jih vidimo posredno (tranziti, radialna hitrost), a o katerih ne vemo ničesar ... Pomembnost neposrednega slikanja je, da omogoča neposredno sondiranje atmosfero in celo površino teh planetov. Dodatek spektrografa z visoko ločljivostjo omogoča tudi predstavitev vetrov in kroženja vetra v svetu ter sondiranje prisotnosti različnih molekul. "
Seveda bo še vedno omejeno, česa se znanstveniki lahko naučijo z metodo neposrednega slikanja, tudi če imajo na voljo te instrumente in teleskope nove generacije. Toda možnosti in posledice za raziskovanje eksoplanetov niso nič manj velike. Za začetek bi astronomi lahko dobili boljšo predstavo o demografiji manjših, skalnih planetov, ki krožijo v območju, v katerem živijo njihove zvezde.
"Odkrivanje" potencialno bivalnih "planetov je zagotovo najbolj vznemirljiv primer, vendar je treba upoštevati, da bo tudi pri 30-metrskem teleskopu ostalo precej težko," je dejal Artigua. "Ko bomo statistično napovedovali, bi moralo biti le nekaj (verjetno manj kot 10) kopenskih planetov, ki bodo dostopni in bodo imeli temperaturo, primerljivo z našo."
V tem območju planetov si Artigau in njegovi sodelavci lahko predstavljajo številne zanimive scenarije. Na primer, nekatere so lahko podobne Veneri, kjer gosta atmosfera in razmeroma blizu orbite povzročata bežen toplogredni učinek. Drugi so lahko kot Mars, kjer so sončni veter ali izbruhi odstranili atmosfero planetov. Poleg tega obstajajo zemeljski planeti, ki si jih sploh ne moremo predstavljati.
"Skratka, naseljeni planeti bi zelo lahko imeli več domišljije kot mi," je zaključil dr. Artiqau. "Ta raznolikost eksoplanetov pomeni tudi, da moramo biti previdni, ko napovedujemo, da bo mogoče bivati."
"[Spodnja] točka je, da lahko s 30-metrskimi teleskopi naredimo neverjetne stvari pri proučevanju eksoplanetov od tal, vendar so potrebne velike naložbe v tehnologijo, da se pripravimo za izdelavo teh instrumentov za 30-metrske teleskope," je dodal Mazin.
Študija je bila mogoča zaradi dodatne pomoči nacionalnega raziskovalnega sveta Kanade (NRC) in korporacije Giant Magellan Telescope (GMTO).
