Tervetuloa takaisin Exoplanet-metsästysmenetelmämme sarjan uusimpaan erään. Tänään aloitamme erittäin vaikealta, mutta erittäin lupaavalta menetelmältä, joka tunnetaan nimellä Direct Imaging.
Viime vuosikymmeninä aurinkokunnan ulkopuolelle löydettyjen planeettojen määrä on kasvanut harppauksin. 4. lokakuuta 2018 alkaen on vahvistettu yhteensä 3 869 eksoplaneettaa 2 877 planeettajärjestelmässä, 638 järjestelmässä, jotka isännöivät useita planeettoja. Valitettavasti, koska tähtitieteilijät on joutunut kamppailemaan rajoitusten vuoksi, suurin osa näistä on havaittu epäsuorilla menetelmillä.
Toistaiseksi vain kourallinen planeettoja on löydetty kuvaamalla, kun ne kiertävät tähtiään (aka. Direct Imaging). Vaikka tämä menetelmä on haastava verrattuna epäsuoriin menetelmiin, se on lupaavin, kun kyse on eksoplaneettojen ilmakehän karakterisoinnista. Toistaiseksi 100 planeettaa on vahvistettu 82 planeettajärjestelmässä käyttämällä tätä menetelmää, ja lähivuosina odotetaan löytyvän monia muita.
Kuvaus:
Kuten nimestä voi päätellä, suora kuvantaminen koostuu eksoplaneettojen kuvien sieppaamisesta suoraan, mikä on mahdollista etsimällä planeetan ilmakehästä heijastuvaa valoa infrapuna-aallonpituuksilla. Syynä tähän on se, että infrapuna-aallonpituuksilla tähti on todennäköisesti vain noin miljoona kertaa kirkkaampi kuin valoa heijastava planeetta, eikä miljardi kertaa (mikä on tyypillisesti visuaalisten aallonpituuksien tapauksessa).
Yksi suoran kuvantamisen ilmeisimmistä eduista on, että se on vähemmän altis väärille positiivisille. Vaikka kauttakulkumenetelmällä on taipumus olla väärä positiivinen jopa 40 prosentilla tapauksista, joissa on kyse yhden planeetan järjestelmästä (mikä edellyttää seurantaa), radiaalinopeuden menetelmällä havaitut planeetat vaativat vahvistusta (siksi miksi se yleensä yhdistetään passitusmenetelmään) . Sitä vastoin suoran kuvantamisen avulla tähtitieteilijät voivat nähdä itse etsimäsi planeetat.
Vaikka tämän menetelmän käyttömahdollisuudet ovat harvinaiset, missä tahansa suorat havainnot voidaan tehdä, se voi antaa tutkijoille arvokasta tietoa planeetasta. Esimerkiksi tutkimalla planeetan ilmakehästä heijastettuja spektrit, tähtitieteilijät voivat saada elintärkeää tietoa sen koostumuksesta. Nämä tiedot ovat ominaisia eksoplaneetan karakterisoinnille ja sen määrittämiselle, onko se potentiaalisesti asumiskelpoinen.
Fomalhaut b: n tapauksessa tämä menetelmä antoi tähtitieteilijöille mahdollisuuden oppia lisää planeetan vuorovaikutuksesta tähden protoplanetaarisen levyn kanssa, asettaa rajoituksia planeetan massalle ja vahvistaa massiivisen rengasjärjestelmän olemassaolon. HR 8799: n infrapunasäteilyn määrä, joka heijastuu sen eksoplaneetan ilmakehästä (yhdistettynä planeettojen muodostumismalleihin), antoi karkean arvion planeetan massasta.
Suora kuvantaminen toimii parhaiten planeetoille, joilla on leveät kiertoradat ja jotka ovat erityisen massiivisia (kuten kaasujättiläiset). Se on myös erittäin hyödyllinen sellaisten planeettojen havaitsemiseksi, jotka on sijoitettu "kasvoihin", mikä tarkoittaa, että ne eivät kulje tähden edessä havaitsijaan nähden. Tämä tekee siitä säteittäisnopeuden, joka on tehokkain havaittaessa "reunaan päin" olevia planeettoja, joissa planeetat suorittavat tähtensä kauttakulun.
Verrattuna muihin menetelmiin, suora kuvantaminen on melko vaikeaa tähden hämärtävän vaikutuksen takia. Toisin sanoen, on erittäin vaikea havaita planeetan ilmakehästä heijastuvaa valoa, kun sen emolehti on paljon kirkkaampi. Seurauksena on, että suoran kuvantamisen mahdollisuudet ovat hyvin harvinaisia nykytekniikkaa käyttämällä.
Suurimmaksi osaksi planeettoja voidaan havaita tällä menetelmällä vain, kun ne kiertävät suurilla etäisyyksillä tähdestään tai ovat erityisen massiivisia. Tämä tekee siitä erittäin rajoitetun, kun etsitään maanpäällisiä (alias "Maan kaltaisia") planeettoja, jotka kiertävät lähempänä tähtiään (ts. Heidän tähtensä asumisalueella). Seurauksena on, että tämä menetelmä ei ole erityisen hyödyllinen etsittäessä potentiaalisesti asuttavia eksoplaneetteja.
Esimerkkejä suorista kuvantamiskyselyistä:
Ensimmäinen tällä tekniikalla suoritettu eksoplaneetan havaitseminen tapahtui heinäkuussa 2004, kun ryhmä tähtitieteilijöitä käytti European Southern Observatory (ESO): n erittäin suurta teleskooppijärjestelmää (VLTA) kuvantamaan planeetta, joka on moninkertainen Jupiterin massaan lähellä 2M1207 - ruskea kääpiö, joka sijaitsee noin 200 valovuoden päässä maasta.
Vuonna 2005 lisähavainnot vahvistivat tämän eksoplaneetan kiertoradan noin 2M1207. Jotkut ovat kuitenkin pysyneet skeptisinä siitä, että tämä oli ensimmäinen "suoran kuvantamisen" tapaus, koska ruskean kääpiön alhainen valoisuus oli se, joka teki maapallon havaitsemisen mahdolliseksi. Lisäksi, koska se kiertää ruskeaa kääpiötä, on johtanut jotkut väittämään, että kaasujättiläinen ei ole oikea planeetta.
Syyskuussa 2008 esineelle kuvattiin erotuksella 330 AU isäntätähteensä, 1RXS J160929.1? 210524, ympärille - joka sijaitsee 470 valovuoden päässä Scorpius-tähdistössä. Kuitenkin vasta vuonna 2010, että se vahvistettiin olevan planeetta ja seuralainen tähti.
13. marraskuuta 2008, ryhmä tähtitieteilijöitä ilmoitti ottavansa kuvat eksoplaneetasta, joka kiertää Fomalhautin tähtiä Hubble-avaruuskaukoputken avulla. Löytö tehtiin mahdolliseksi Fomalhautia ympäröivän paksun kaasu- ja pölylevyn sekä terävän sisäreunan ansiosta, että planeetta oli poistanut roskat polultaan.
Jatkotutkimukset Hubblen avulla tuottivat levyltä kuvia, joiden avulla tähtitieteilijät saivat paikantaa planeetta. Toinen myötävaikuttava tekijä on se, että tätä planeetta, joka on kaksinkertainen Jupiterin massaan, ympäröi rengasjärjestelmä, joka on useita kertoja paksumpi kuin Saturnuksen renkaat, minkä vuoksi planeetta hehkui melko kirkkaasti visuaalisessa valossa.
Samana päivänä sekä Keckin observatorion että Gemini-observatorion teleskooppeja käyttävät tähtitieteilijät ilmoittivat kuvanneensa 3 planeettaa, jotka kiertävät HR 8799: tä. Nämä planeetat, joiden massat ovat 10, 10 ja 7 kertaa Jupiterin verran, havaittiin infrapunassa. aallonpituuksilla. Tämä johtui tosiasiasta, että HR 8799 on nuori tähti ja sen ympärillä olevien planeettojen uskotaan säilyttävän edelleen osan muodostumisensa lämmöstä.
Vuonna 2009 vuonna 2003 tehtyjen kuvien analysointi paljasti Beta Pictoriksen kiertävän planeetan olemassaolon. Vuonna 2012 Subaru-teleskooppia käyttävät tähtitieteilijät Mauna Kean observatoriossa ilmoittivat kuvan "Super-Jupiterista" (jossa on 12,8 Jupiterin massaa), joka kiertää tähteen Kappa Andromedae noin 55 AU: n etäisyydellä (melkein kaksi kertaa Neptunuksen etäisyys Aurinko).
Muita ehdokkaita on löydetty vuosien varrella, mutta toistaiseksi he eivät ole vahvistuneet planeeteiksi ja voivat olla ruskeita kääpiöitä. Kaikkiaan 100 eksoplaneettaa on vahvistettu käyttämällä suoraa kuvantamismenetelmää (noin 0,3% kaikista vahvistetuista eksoplaneetoista), ja valtaosa oli kaasu jättiläisiä, jotka kiertävät suurilla etäisyyksillä tähdestään.
Tämän odotetaan kuitenkin muuttuvan lähitulevaisuudessa, kun seuraavan sukupolven teleskoopit ja muut tekniikat tulevat saataville. Näitä ovat maanpäälliset kaukoputket, joissa on mukautuva optiikka, kuten kolmenkymmenen metrin teleskooppi (TMT) ja Magellanin teleskooppi (GMT). Ne sisältävät myös koronografiaan perustuvat kaukoputket (kuten James Webbin avaruusteleskooppi (JWST)), jossa teleskoopin sisällä olevaa laitetta käytetään estämään tähdeltä tuleva valo.
Toinen kehitteillä oleva menetelmä tunnetaan nimellä "tähtivarjostin", laite, joka on sijoitettu estämään tähdeltä tuleva valo ennen kuin se edes siirtyy kaukoputkeen. Avaruudelliselle kaukoputelle, joka etsii eksoplaneetteja, tähtivarjostin olisi erillinen avaruusalus, joka on suunniteltu asettamaan itsensä oikealle etäisyydelle ja kulmaan estääkseen tähtivalon tähtiä, jota tähtitieteilijät havaitsivat.
Meillä on paljon mielenkiintoisia artikkeleita eksoplaneettojen metsästyksestä täällä Space Magazine. Tässä on Mikä on passitusmenetelmä ?, Mikä on radiaalinen nopeusmenetelmä? Mikä on gravitaatioinen mikrolämmittelymenetelmä ?, ja Keplerin universumi: Lisää planeettoja galaksissamme kuin tähtiä.
Astronomy Cast -teoksessa on myös mielenkiintoisia jaksoja aiheesta. Tässä on jakso 367: Spitzer tekee eksoplaneettoja ja jakso 512: Exoplaneettojen suora kuvantaminen.
Lisätietoja on NASA: n Exoplanet Exploration -sivulla, Planetary Society -sivustolla Extrasolaarisilla planeetoilla ja NASA / Caltech Exoplanet -arkistolla.
Lähteet:
- NASA - Viisi tapaa löytää eksoplaneetta: Suorat kuvitelmat
- Wikipedia - Exoplanet-tunnistusmenetelmät: suora kuvantaminen
- Planeettayhdistys - suora kuvantaminen
- Las Cumbresin observatorio - suora kuvantaminen
