ČO JE METóDA PRIAMEHO ZOBRAZOVANIA?

Send

Vitajte späť na poslednú splátku v našej sérii metód lovu Exoplanet. Dnes začíname veľmi náročnou, ale veľmi sľubnou metódou známou ako priame zobrazovanie.

V posledných niekoľkých desaťročiach vzrástol počet planét objavených mimo našej slnečnej sústavy skokmi a hranicami. K 4. októbru 2018 bolo v 2 887 planétových systémoch potvrdených celkom 3 869 exoplanet, pričom 638 systémov bolo hostiteľom viacerých planét. Bohužiaľ, kvôli obmedzeniam, ktoré boli astronómovia nútení čeliť, veľká väčšina z nich bola zistená pomocou nepriamych metód.

Doteraz sa objavilo len niekoľko planét tým, že sa zobrazili, keď obiehali okolo svojich hviezd (tzv. Direct Imaging). Hoci je táto metóda náročná v porovnaní s nepriamymi metódami, je najsľubnejšia, pokiaľ ide o charakterizáciu atmosféry exoplanet. Doteraz bolo pomocou tejto metódy potvrdených 100 planét v 82 planétových systémoch a očakáva sa, že v blízkej budúcnosti sa nájde oveľa viac.

Popis:

Ako už názov napovedá, priame zobrazovanie spočíva v priamom zachytení obrázkov z exoplanet, čo je možné hľadaním svetla odrazeného od atmosféry planéty na infračervených vlnových dĺžkach. Dôvodom je to, že pri infračervených vlnových dĺžkach je pravdepodobnosť, že hviezda bude asi 1 miliónkrát jasnejšia ako planéta odrážajúca svetlo, skôr ako miliónkrát (čo je zvyčajne prípad vizuálnych vlnových dĺžok).

Jednou z najzreteľnejších výhod priameho zobrazovania je, že je menej náchylný na falošné poplachy. Zatiaľ čo Tranzitná metóda je náchylná k falošne pozitívnym výsledkom až v 40% prípadov, ktoré sa týkajú systému jednej planéty (čo si vyžaduje následné sledovanie), planéty zistené pomocou metódy radiálnej rýchlosti vyžadujú potvrdenie (preto je zvyčajne spárovaná s tranzitnou metódou) , Na rozdiel od toho, priame zobrazenie umožňuje astronómom skutočne vidieť planéty, ktoré hľadajú.

Aj keď príležitosti na použitie tejto metódy sú zriedkavé, všade tam, kde je možné vykonať priamu detekciu, môže poskytnúť vedcom cenné informácie o planéte. Napríklad skúmaním spektier odrážaných od atmosféry planéty môžu astronómovia získať dôležité informácie o jej zložení. Táto informácia je charakteristická pre charakterizáciu exoplanet a určuje, či je potenciálne obývateľná.

V prípade Fomalhaut b táto metóda umožnila astronómom dozvedieť sa viac o interakcii planéty s protoplanetárnym diskom hviezdy, umiestniť obmedzenia na hmotu planéty a potvrdiť prítomnosť obrovského kruhového systému. V prípade HR 8799 množstvo infračerveného žiarenia odrážaného z atmosféry exoplanety (v kombinácii s modelmi planétovej formácie) poskytlo hrubý odhad hmotnosti planéty.

Priame zobrazovanie funguje najlepšie pre planéty, ktoré majú široké obežné dráhy a sú obzvlášť masívne (napr. Plynové giganty). Je tiež veľmi užitočný na detekciu planét, ktoré sú umiestnené „face-on“, čo znamená, že neprechádzajú pred hviezdou vzhľadom na pozorovateľa. Vďaka tomu je doplnok k radiálnej rýchlosti, ktorá je najúčinnejšia na detekciu planét „na okraji“, kde planéty uskutočňujú prechody svojej hviezdy.

V porovnaní s inými metódami je priame zobrazovanie dosť ťažké, pretože má svetlo zakryté hviezdou. Inými slovami, je veľmi ťažké zistiť svetlo odrážajúce sa od atmosféry planéty, keď je jej materská hviezda oveľa jasnejšia. V dôsledku toho sú možnosti priameho zobrazovania pri súčasných technológiách veľmi zriedkavé.

Väčšinou sa planéty dajú pomocou tejto metódy zistiť iba vtedy, keď obiehajú vo veľkých vzdialenostiach od svojich hviezd alebo sú obzvlášť veľké. Toto je veľmi obmedzené, pokiaľ ide o hľadanie pozemských (tzv. „Podobných zemským“) planétám, ktoré obiehajú bližšie k svojim hviezdam (t. J. V obývateľnej zóne svojej hviezdy). Výsledkom je, že táto metóda nie je obzvlášť užitočná, pokiaľ ide o vyhľadávanie potenciálne obývateľných exoplanet.

Príklady prieskumov priameho zobrazovania:

Prvá detekcia exoplanet pomocou tejto techniky sa uskutočnila v júli 2004, keď skupina astronómov použila na pozorovanie planéty niekoľkokrát väčšiu hmotu Jupitera v tesnej blízkosti 2M1207, keď použil veľmi veľký ďalekohľad (ESL) European Southern Observatory's (ESL). hnedý trpaslík vzdialený asi 200 svetelných rokov od Zeme.

V roku 2005 ďalšie pozorovania potvrdili obežnú dráhu tohto exoplanetu okolo 2M1207. Niektorí však zostali skeptickí, že to bol prvý prípad „priameho zobrazovania“, pretože nízka svietivosť hnedého trpaslíka umožňovala detekciu planéty. Navyše, pretože obieha okolo hnedého trpaslíka, niektorí viedli k tvrdeniu, že plynový obr nie je správna planéta.

V septembri 2008 bol objekt zobrazený so separáciou 330 AU okolo svojej hostiteľskej hviezdy, 1RXS J160929.1? 210524 - ktorá sa nachádza 470 svetelných rokov v súhvezdí Scorpius. Až v roku 2010 sa však potvrdilo, že je planétou a spoločníkom hviezdy.

13. novembra 2008 tím astronómov oznámil, že pomocou Hubbleovho vesmírneho teleskopu zachytil snímky exoplanety obiehajúcej okolo hviezdy Fomalhaut. Tento objav bol umožnený vďaka hrubému disku plynu a prachu obklopujúcemu Fomalhaut a ostrému vnútornému okraju, ktorý naznačuje, že planéta vyčistila trosky z cesty.

Následné pozorovania s Hubbleom vytvorili obrazy disku, ktoré umožnili astronómom lokalizovať planétu. Ďalším prispievajúcim faktorom je skutočnosť, že táto planéta, ktorá je dvakrát väčšia ako hmotnosť Jupitera, je obklopená kruhovým systémom, ktorý je niekoľkokrát hrubší ako Saturnove prstence, čo spôsobilo, že planéta žiarila vo svetle celkom jasne.

V ten istý deň astronómovia používajúci ďalekohľady z observatória Keck a observatória Gemini oznámili, že zobrazili 3 planéty obiehajúce okolo HR 8799. Všetky tieto planéty, ktoré majú hmotnosti 10, 10 a 7-krát väčšie ako Jupiter, boli infračervené vlnovej dĺžky. Pripisovalo sa to skutočnosti, že HR 8799 je mladá hviezda a predpokladá sa, že planéty okolo nej stále zachovávajú určité množstvo tepla z ich tvorby.

Analýza snímok z roku 2003 odhalila v roku 2009 existenciu planéty obiehajúcej okolo Beta Pictoris. V roku 2012 astronómovia používajúci Subaru Telescope na observatóriu Mauna Kea oznámili zobrazovanie „Super-Jupitera“ (s hmotnosťou 12,8 Jupiter) obiehajúceho okolo hviezdy Kappa Andromedae vo vzdialenosti asi 55 AU (takmer dvojnásobná vzdialenosť Neptúnu od Slnko).

V priebehu rokov boli nájdení aj ďalší kandidáti, zatiaľ však zostávajú nepotvrdení ako planéty a môžu to byť hnedí trpaslíci. Celkom bolo pomocou metódy priameho zobrazovania potvrdených 100 exoplanet (približne 0,3% všetkých potvrdených exoplanet) a drvivá väčšina boli obri plynu, ktorí obiehali vo veľkej vzdialenosti od svojich hviezd.

Očakáva sa však, že sa to zmení v blízkej budúcnosti, keď budú k dispozícii ďalekohľady ďalšej generácie a ďalšie technológie. Patria medzi ne pozemné teleskopy vybavené adaptívnou optikou, ako je napríklad tridsaťmeterový ďalekohľad (TMT) a Magellanovský ďalekohľad (GMT). Zahŕňajú tiež ďalekohľady, ktoré sa spoliehajú na koronografiu (ako napríklad James Webb Space Telescope (JWST)), kde sa zariadenie vo vnútri ďalekohľadu používa na blokovanie svetla z hviezdy.

Ďalší vyvíjaný spôsob je známy ako „hviezdicový tieň“, zariadenie, ktoré je umiestnené tak, aby blokovalo svetlo z hviezdy predtým, ako vstúpi do ďalekohľadu. V prípade vesmírneho teleskopu, ktorý hľadá exoplanety, by hviezdny tieň predstavoval samostatnú kozmickú loď navrhnutú tak, aby bola umiestnená v správnej vzdialenosti a uhle, aby blokovala hviezdne svetlo od pozorovaných astronómov.

Máme veľa zaujímavých článkov o love exoplanet tu v časopise Space Magazine. Tu je Čo je to tranzitná metóda ?, Čo je to metóda radiálnej rýchlosti ?, Čo je to gravitačná mikrolenzačná metóda? A Keplerov vesmír: Viac planét v našej galaxii ako hviezdy.

Astronomy Cast má na túto tému niekoľko zaujímavých epizód. Tu je epizóda 367: Spitzer robí exoplanety a epizóda 512: priame zobrazovanie exoplanet.

Viac informácií nájdete na stránke NASA venovanej prieskumu Exoplanetov, na stránke Planetárnej spoločnosti na Mimozemských planétach a archívu Exoplanet NASA / Caltech.

zdroj: