Tervetuloa takaisin sarjaan Exoplanet-metsästysmenetelmistä! Tänään tarkastelemme utelias ja ainutlaatuinen menetelmä, joka tunnetaan nimellä Gravitational Microlensing.
Auringon ulkopuolella olevien planeettojen metsästys on varmasti kuumennut viimeisen vuosikymmenen aikana. Teknologian ja metodologian parannusten ansiosta havaittujen eksoplaneettojen määrä (1. joulukuuta 2017 alkaen) on saavuttanut 3 710 planeettaa 2780 tähden järjestelmissä, ja 621 järjestelmässä on useita planeettoja. Valitettavasti useiden rajoitusten takia, jotka tähtitieteilijät joutuvat kamppailemaan, valtaosa on löydetty epäsuorilla menetelmillä.
Yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä eksoplaneettojen epäsuoraksi havaitsemiseksi tunnetaan nimellä Gravitational Microlensing. Pohjimmiltaan tämä menetelmä perustuu etäisten esineiden gravitaatiovoimaan taivuttaa ja tarkentaa tähdestä tulevaa valoa. Kun planeetta kulkee tähden edessä suhteessa tarkkailijaan (ts. Tekee kulkua), valo putoaa mitattavissa, jota voidaan sitten käyttää planeetan läsnäolon määrittämiseen.
Tässä suhteessa Gravitational Microlensing on Gravitational Lensing -sovelluksen pienennetty versio, jossa väliintulijaobjektia (kuten galaksiklusteria) käytetään keskittämään galaksista tai muusta sen ulkopuolelta tulevasta valosta tuleva valo. Siihen sisältyy myös avaintekijä erittäin tehokkaassa kauttakulkumenetelmässä, jossa tähtiä tarkkaillaan valon vaaleuden suhteen, jotta näkyy eksoplaneetta.
Kuvaus:
Einsteinin yleisen suhteellisuuden teorian mukaisesti painovoima saa aikaan avaruuden ajan kankaan taipumisen. Tämä vaikutus voi aiheuttaa esineen painovoiman vaikutuksen alaisen valon vääristymisen tai taipumisen. Se voi toimia myös linssinä, aiheuttaen valon fokusoitumisen ja saaden etäiset esineet (kuten tähdet) näyttämään tarkkailijalta kirkkaampia. Tämä vaikutus ilmenee vain, kun kaksi tähteä ovat suunnattu melkein tarkalleen suhteessa tarkkailijaan (ts. Yksi on sijoitettu edessä).
Nämä "linssitapahtumat" ovat lyhyitä, mutta runsaita, koska galaksiimme maa ja tähdet liikkuvat aina suhteessa toisiinsa. Viime vuosikymmenen aikana on havaittu yli tuhat tällaista tapahtumaa, ja ne kestivät yleensä muutaman päivän tai viikon kerrallaan. Itse asiassa Sir Arthur Eddington käytti tätä vaikutusta vuonna 1919 ensimmäisen empiirisen näytön saamiseksi yleisestä suhteellisuudesta.
Tämä tapahtui 29. toukokuuta 1919 pidetyn aurinkopimennyksen aikana, jolloin Eddington ja tieteellinen retkikunta matkustivat Länsi-Afrikan rannikolla sijaitsevalle Principen saarelle ottamaan kuvia tähtiä, jotka olivat nyt nähtävissä aurinkoa ympäröivällä alueella. Kuvat vahvistivat Einsteinin ennustetta osoittamalla, kuinka näiden tähtivalo siirtyi hiukan vasteena Auringon gravitaatiokentälle.
Tähtitieteilijät Shude Mao ja Bohdan Paczynski ehdottivat tekniikkaa alun perin vuonna 1991 keinona etsiä binaarisia seuralaisia tähtiin. Andy Gould ja Abraham Loeb tarkensivat heidän ehdotustaan vuonna 1992 menetelmäksi eksoplaneettojen havaitsemiseksi. Tämä menetelmä on tehokkain etsittäessä planeettoja kohti galaksin keskustaa, koska galaktinen kohouma tarjoaa suuren määrän taustatähtiä.
Edut:
Mikrolenointi on ainoa tunnettu menetelmä, joka pystyy löytämään planeettoja todella suurilla etäisyyksillä maasta ja pystyy löytämään pienimmän eksoplaneettojen. Kun radiaalinen nopeusmenetelmä on tehokas etsittäessä planeettoja, jotka ovat korkeintaan 100 valovuoden päässä maapallosta, ja Transit-fotometria voi havaita planeettoja satojen valovuosien päässä, mikrolämmitys voi löytää planeettoja, jotka ovat tuhansien valovuosien päässä.
Vaikka useimmissa muissa menetelmissä on havaitsemisen esijännitys pienempiin planeettoihin nähden, mikrolämmittelymenetelmä on herkin keino havaita planeettoja, jotka ovat noin 1-10 tähtitieteellistä yksikköä (AU) päässä Auringon kaltaisista tähtiistä. Mikroleikkaus on myös ainoa todistettu keino havaita pienmassaliset planeetat laajemmilla kiertoradoilla, joissa sekä kuljetusmenetelmä että radiaalinopeus ovat tehottomia.
Yhdessä nämä edut tekevät mikroseurannasta tehokkaimman tavan löytää maapallon kaltaisia planeettoja Auringon kaltaisten tähtien ympäriltä. Lisäksi mikrolämmitysmittaukset voidaan asentaa tehokkaasti maapallolla varustettujen laitteiden avulla. Kuten Transit Photometry, myös Microlensing-menetelmä hyötyy siitä, että sitä voidaan käyttää kymmenien tuhansien tähtien kartoittamiseen samanaikaisesti.
Haitat:
Koska mikrolämmitystapahtumat ovat ainutlaatuisia eikä niitä voida toistaa, mitään tällä menetelmällä havaittuja planeettoja ei voida enää havaita. Lisäksi havaituilla planeetoilla on taipumus olla hyvin kaukana, mikä tekee seurantatutkimuksista käytännössä mahdotonta. Onneksi mikrolähetykset eivät yleensä vaadi seurantatutkimuksia, koska niiden signaali-kohinasuhde on erittäin korkea.
Vaikka vahvistus ei ole välttämätöntä, jotkut planeettojen mikroneuvontatapahtumat on vahvistettu. HST: n ja Keckin havainnot (Bennett ym. 2015; Batista ym. 2015) vahvistivat planeetta-signaalin tapahtumalle OGLE-2005-BLG-169. Lisäksi mikrotutkimustutkimukset voivat tuottaa vain karkeita arvioita planeetan etäisyydestä, jättäen merkittävät virhemarginaalit.
Mikrolensing ei myöskään pysty tuottamaan tarkkoja arvioita planeetan kiertorataominaisuuksista, koska ainoa kiertoradan ominaisuus, joka voidaan suoraan määrittää tällä menetelmällä, on planeetan nykyinen puoli-pääakseli. Sellaisena maapallon eksentrinen kiertorata on havaittavissa vain pienelle osalle kiertoradaltaan (kun se on kaukana tähdestään).
Lopuksi, mikrolähetykset ovat riippuvaisia harvinaisista ja satunnaisista tapahtumista - yhden tähden kulkumisesta tarkalleen toisen edessä, Maapallosta nähtynä - mikä tekee havainnoista sekä harvinaisia että arvaamattomia.
Esimerkkejä painovoimaisista mikrotutkimuksista:
Mikrolensingmenetelmään luotettaviin tutkimuksiin kuuluu Varsovan yliopiston optinen painovoima objektiivikoe (OGLE). Yliopiston tähtitieteellisen observatorion johtajan Andrzej Udalskin johdolla tämä kansainvälinen projekti käyttää 1,3 metrin “Varsovan” kaukoputkea Las Campanasissa, Chilessä, etsimään mikroneuvontatapahtumia 100 tähden kentällä galaktisen pilven ympärillä.
Siellä on myös Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) -ryhmä, Uuden-Seelannin ja Japanin tutkijoiden yhteistyöhanke. Nagoyan yliopiston professori Yasushi Murakin johtama ryhmä käyttää Microlensing-menetelmää tutkimusten tekemiseen eteläisen pallonpuoliskon pimeästä aineesta, auringon ulkopuolisista planeetoista ja tähtien ilmakehästä.
Ja sitten siellä on Koettimien linssin poikkeamien verkko (PLANET), joka koostuu viidestä yhden metrin kaukoputkesta, jotka on jaettu eteläisen pallonpuoliskon ympärille. Yhteistyössä RoboNetin kanssa tämä projekti pystyy tarjoamaan melkein jatkuvia havaintoja mikroneuvontatapahtumista, joita aiheuttavat planeetat, joiden massat ovat niin alhaiset kuin maapallolla.
Tähän mennessä herkein tutkimus on Korean Microlensing Telescope Network (KMTNet), projekti, jonka Korean astronomia- ja avaruustieteellinen instituutti (KASI) käynnisti vuonna 2009. KMTNet luottaa kolmen eteläisen observatorion instrumentteihin tarjotakseen jatkuvan 24 tunnin jatkuvan seurannan. galaktinen pullistuma, etsien mikrolämpötapahtumia, jotka osoittavat tien kohti maapallon planeettoja, jotka kiertävät tähtensä asuttavilla alueilla.
Olemme kirjoittaneet monia mielenkiintoisia artikkeleita eksoplaneettien havaitsemisesta täällä Space Magazine. Tässä on Mitä ovat ylimääräiset aurinkoplaneetat ?, Mikä on kauttakulkumenetelmä? Mikä on radiaalinopeuden menetelmä ?, Mikä on gravitaatiolinssi? ja Keplerin maailmankaikkeus: enemmän planeettoja galaksissamme kuin tähtiä
Lisätietoja on NASA: n Exoplanet Exploration -sivulla, Planetary Society -sivustolla Extrasolaarisilla planeetoilla ja NASA / Caltech Exoplanet -arkistolla.
Tähtitieteen näyttelijöillä on myös aiheeseen liittyviä jaksoja. Tässä on jakso 208: Spitzer-avaruusteleskooppi, jakso 337: fotometria, jakso 364: CoRoT-operaatio ja jakso 367: Spitzer tekee eksoplaneettoja.
Lähteet:
- NASA - 5 tapaa löytää planeetta
- Planeettayhdistys - mikrolennot
- Wikipedia - Menetelmät eksoplaneettojen havaitsemiseksi
