Za posledných niekoľko desaťročí exponenciálne vzrástol počet extra solárnych planét, ktoré boli zistené a potvrdené. V súčasnosti je v 2 818 planétových systémoch potvrdených 3 778 exoplanet, pričom na potvrdenie čaká ďalších 2737 kandidátov. S týmto objemom planét dostupných na štúdium sa zameranie výskumu exoplanet začalo posunúť od detekcie k charakterizácii.
Napríklad vedci sa čoraz viac zaujímajú o charakterizáciu atmosféry exoplanet, aby mohli s istotou povedať, že majú pre život správne zložky (t. J. Dusík, oxid uhličitý atď.). Bohužiaľ, pri súčasných metódach je to veľmi ťažké. Podľa novej štúdie medzinárodného tímu astronómov však nástroje novej generácie, ktoré sa spoliehajú na priame zobrazovanie, budú meničom hry.
Štúdia s názvom „Priame zobrazovanie v zrkadlovom svetle: Charakterizácia starších, miernych exoplanet s 30 m ďalekohľadmi“ sa nedávno objavila online. Štúdiu viedli Michael Fitzgerald a Ben Mazin - docent astrofyziky na kalifornskej univerzite v Los Angeles (UCLA) a najhorší predseda experimentálnej fyziky na kalifornskej univerzite v Santa Barbare (UCSB).
Pridali sa k nim vedci z Montrealského inštitútu pre výskum exoplanet (iREX), Jet Propulsion Laboratory NASA, Carnegie Observatories, Steward Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kalifornia. Technologický inštitút (Caltech) a viaceré univerzity.
Ako naznačujú vo svojej štúdii, naše schopnosti charakterizovať exoplanety sú v súčasnosti obmedzené. Napríklad naše súčasné metódy - najčastejšie používanými metódami Tranzitná metóda a Meranie radiálnej rýchlosti - viedli k objaveniu tisícok krátkodobých planét (planéty, ktoré obiehajú okolo svojich slnečných lúčov s dobou približne 10 dní). Citlivosť týchto metód však začína v podstate klesať, čím ďalej je exoplaneta od svojho slnka.
A čo viac, dlhodobé planéty sú tiež z veľkej časti nedostupné, pokiaľ ide o ich spektrá. Tento typ analýzy zahŕňa meranie svetla, ktoré prechádza atmosférou planéty pri prechode z jej hviezdy. Meraním spektier, aby sa určilo jeho zloženie, môžu vedci charakterizovať atmosféru exoplanety a určiť, či by planéta mohla byť v skutočnosti obývateľná.
Na riešenie tohto problému tím navrhuje, aby priama detekcia (aka. Priame zobrazovanie) bola efektívnejšou metódou na charakterizáciu atmosféry exoplanet. Ako doktorka Étienne Artigau, výskumníčka iREX a spoluautorka štúdie, vysvetlila časopisu Space Magazine e-mailom (preložené z francúzštiny).
„V„ odrazenom svetle “zatiaľ nebola nájdená žiadna planéta. Keď vidíme planéty našej slnečnej sústavy, vidíme ich preto, že sú osvetlené Slnkom. Rovnakým spôsobom planéty ostatných hviezd odrážajú svetlo a musí byť možné detegovať toto svetlo pomocou dostatočne silného ďalekohľadu. Pomer tokov medzi planétami a ich hviezdami je obrovský, rádovo 1 miliarda, v porovnaní s planétami zistenými ich tepelnou emisiou, alebo je tento pomer skôr rádovo 1 milión. “
V súčasnosti je priame zobrazovanie jediným prostriedkom na získanie spektra neprepravujúcich exoplanet, najmä tých, ktoré sú v strednej a veľkej vzdialenosti od svojich slnečných lúčov. V tomto prípade astronómovia získavajú spektrá zo svetla odrážaného od atmosféry exoplanety, aby určili jeho zloženie. Doteraz bolo priamo zobrazených iba niekoľko exoplanet, z ktorých všetky boli samosvetľujúce super-Jupitery, ktoré obiehali okolo svojich hostiteľských hviezd vo vzdialenosti stoviek alebo tisícov AU.
Tieto planéty boli veľmi mladé a mali teploty vyššie ako 500 ° C (932 ° F), čo z nich robí pomerne zriedkavú triedu planét. Výsledkom je, že astronómovia nemajú žiadne informácie o diverzite exoplanetovej atmosféry, najmä pokiaľ ide o menšie, skalnaté planéty, ktoré majú teploty viac podobné teplotám na Zemi - kde sú povrchové teploty priemerne okolo 15 ° C (58,7 ° F).
Je to spôsobené skutočnosťou, že existujúce ďalekohľady jednoducho nemajú citlivosť na priame zobrazenie menších planét, ktoré obiehajú bližšie k hviezdam. Ako určili vo svojej štúdii, charakterizácia atmosféry planét, ktoré sú vo vzdialenosti do 5 AU od ich hviezd (kde prieskumy radiálnej rýchlosti odhalili veľa planét), by si vyžadovalo ďalekohľad s 30-metrovou clonou kombinovanou s pokročilou adaptívnou optikou, koronografom a sada spektrometrov a snímok.
"Stručne povedané, žiadny súčasný ďalekohľad nedokáže detegovať tieto planéty, dokonca ani okolo hviezd, ktoré sú nám najbližšie, ale existuje dôvod domnievať sa, že ďalšia generácia ďalekohľadov s priemerom 30 metrov a viac bude schopná tak urobiť," uviedol Artique. "Nie je isté, či bude možné spočiatku odhaliť planéty ako Zem, ale aspoň jedna by mala byť schopná odhaliť planéty porovnateľné s Uránom a Neptúnom, čo by už bolo vynikajúcim výsledkom."
Medzi takéto zariadenia budúcej generácie a nástroje adaptívnej optiky patrí planétový systémový zobrazovač (PSI) na tridsaťmeterom ďalekohľade (TMT), ktorý sa navrhuje na výstavbu na Mauna Kea na Havaji. Na obrovskom Magellanovom ďalekohľade (GMT) sa nachádza aj nástroj GMagAO-X, ktorý sa momentálne pripravuje v observatóriu Las Campanas a jeho dokončenie je naplánované na rok 2025.
Ako naznačil Artigau, prieskumy uskutočňované s týmito nástrojmi budúcej generácie umožnia astronómom zistiť a charakterizovať širšiu škálu planét, ako aj hľadať možné známky života (tzv. Biosignatúry), ako nikdy predtým:
„Toto nám umožní priamo študovať svetlo vychádzajúce z planét len o niečo väčšie ako Zem (a možno ako Zem, ak sme optimistickí). Toto je jedna z našich najlepších šancí hľadať životné podpisy v tejto atmosfére. Aj keď nenájdeme životný podpis, umožní to pochopiť celé triedy planéty, ktoré vidíme nepriamo (tranzity, radiálna rýchlosť), ale o ktorých nevieme nič ... Dôležitosť priameho zobrazovania je, že umožňuje priame snímanie atmosféru a dokonca aj povrch týchto planét. Pridanie spektrografu s vysokým rozlíšením tiež poskytuje predstavu o vetroch a globálnej cirkulácii vetra, ako aj o skúmaní prítomnosti rôznych molekúl. ““
Samozrejme, budú existovať obmedzenia toho, čo sa vedci môžu naučiť pomocou metódy priameho zobrazovania, a to aj s týmito nástrojmi budúcej generácie a ďalekohľadmi, ktoré majú k dispozícii. Možnosti a dôsledky pre výskum exoplanet však nie sú ničím ohromným. Pre začiatočníkov by astronómovia dokázali získať lepšiu predstavu o demografii menších skalných planét, ktoré obiehajú v obývateľných zónach ich hviezd.
„Detekcia„ potenciálne obývateľných “planét je tu určite najzaujímavejším prípadom, je však dôležité mať na pamäti, že aj pri 30-metrovom ďalekohľade to bude dosť ťažké,“ uviedol Artigua. "Keď robíme štatistickú predpoveď, malo by existovať iba niekoľko (pravdepodobne menej ako 10) pozemských planét, ktoré budú prístupné a budú mať teplotu porovnateľnú s našou."
Na tejto planéte si Artigau a jeho kolegovia dokážu predstaviť niekoľko zaujímavých scenárov. Napríklad, niektoré môžu byť podobné Venuši, kde hustá atmosféra a relatívne blízka obežná dráha vedú k útekovému skleníkovému efektu. Iní môžu byť ako Mars, kde slnečný vietor alebo erupcie odhrnuli atmosféru planéty. Okrem toho môžu existovať pozemské planéty, ktoré si ani nevieme predstaviť.
„Stručne povedané, obývateľné planéty by mohli mať oveľa väčšiu predstavivosť ako my,“ uzavrel Dr. „Táto rozmanitosť exoplanet tiež znamená, že musíme byť opatrní, keď predpovedáme, že bude obývateľná.“
"[Pointa] je, že dokážeme robiť úžasné veci pri štúdiu exoplanet zo zeme pomocou ďalekohľadov s dĺžkou 30 metrov, ale na prípravu týchto nástrojov pre ďalekohľady s dĺžkou 30 metrov je potrebná veľká investícia do technológie,“ dodal Mazin.
Štúdia bola možná vďaka dodatočnej pomoci, ktorú poskytla Národná rada pre výskum Kanady (NRC) a spoločnosť GTO Magellan Telescope Organization (GMTO).
