Viime vuosikymmeninä havaittujen ja vahvistettujen aurinkoisten planeettojen määrä on kasvanut räjähdysmäisesti. Tällä hetkellä 3 788 eksoplaneetan olemassaolo on varmistettu 2 818 planeettajärjestelmässä, ja vielä 2 737 ehdokasta odottavat vahvistusta. Tämän tutkittavana olevien planeettojen määrän kanssa eksoplaneettojen tutkimuksen painopiste on alkanut siirtyä havainnasta karakterisointiin.
Esimerkiksi tutkijat ovat yhä kiinnostuneempia eksoplaneettojen ilmapiirien luonnehdinnasta, jotta he voivat luottaa siihen, että heillä on elämän kannalta oikeat aineosat (ts. Typpi, hiilidioksidi jne.). Valitettavasti tämä on erittäin vaikeaa nykyisillä menetelmillä. Kansainvälisen tähtitieteilijäryhmän uuden tutkimuksen mukaan seuraavan sukupolven instrumentit, jotka tukeutuvat suoraan kuvantamiseen, ovat kuitenkin pelinvaihtajia.
Tutkimus ”Suora kuvantaminen heijastuneessa valossa: Vanhempien, keskivaikeiden eksoplaneettojen karakterisointi 30 metrin teleskoopeilla” ilmestyi äskettäin verkossa. Tutkimusta johtivat Michael Fitzgerald ja Ben Mazin - astrofysiikan apulaisprofessori Los Angelesin Kalifornian yliopistossa (UCLA) ja Worsterin kokeellisen fysiikan tuoli Kalifornian yliopiston Santa Barbalassa (UCSB).
Niiden joukkoon liittyivät tutkijat Montrealin yliopiston eksoplaneettojen tutkimusinstituutista (iREX), NASA: n suihkukäyttölaboratoriosta, Carnegie-observatorioista, Steward-observatoriosta, Japanin kansallisesta tähtitieteellisestä observatoriosta, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kaliforniasta. Tekniikan instituutti (Caltech) ja useita yliopistoja.
Kuten he osoittavat tutkimuksessaan, kykymme karakterisoida eksoplaneetteja on tällä hetkellä rajallinen. Esimerkiksi nykyiset menetelmämme - yleisimmin käytetyt ovat kauttakulkumenetelmä ja radiaalinopeuden mittaukset - ovat johtaneet tuhansien lyhytaikaisten planeettojen löytämiseen (planeetat, jotka kiertävät lähellä aurinkoaan noin 10 päivän ajanjaksolla). Näiden menetelmien herkkyys alkaa kuitenkin vähentyä olennaisesti sitä kauempana eksoplaneetta on aurinkoonsa nähden.
Lisäksi pitkän ajanjakson planeetat ovat myös suurelta osin saavuttamattomia spektriensä suhteen. Tämäntyyppiseen analyysiin kuuluu sen valon mittaus, joka kulkee planeetan ilmakehän läpi, kun se kulkee tähdistään. Mittaamalla sen spektrit sen koostumuksen määrittämiseksi, tutkijat voivat karakterisoida eksoplaneetan ilmakehän ja selvittää, olisiko planeetta todella asuttava.
Tämän ratkaisemiseksi ryhmä ehdottaa, että suora havaitseminen (alias. Suora kuvantaminen) on tehokkaampi menetelmä eksoplaneettojen ilmakehän karakterisoimiseksi. Kuten tutkija iREX ja tutkimuksen avustaja tri Étienne Artigau selitti Space Magazinelle sähköpostitse (käännetty ranskaksi)
”Yhdenkään toistaiseksi havaittua planeettaa ei ole löydetty” heijastuvasta valosta ”. Kun näemme aurinkokunnan planeettamme, näemme ne, koska niitä valaisee aurinko. Samalla tavoin muiden tähtien planeetat heijastavat valoa ja tämän valon on oltava mahdollista havaita riittävän tehokkaalla kaukoputkella. Planeettojen ja niiden tähden välinen vuon suhde on valtava, noin miljardi, verrattuna planeetoihin, joiden niiden lämpöemissiot havaitaan, tai tämä suhde on pikemminkin miljoona.
Tällä hetkellä suora kuvantaminen on ainoa keino saavuttaa ei-kulkevien eksoplaneettojen spektrit, erityisesti niiden, jotka ovat keskipitkillä ja leveillä etäisyyksillä aurinkoistaan. Tällöin tähtitieteilijät saavat spektrit valosta, joka heijastuu eksoplaneetan ilmakehästä sen koostumuksen määrittämiseksi. Vain kourallinen eksoplaneetteja on toistaiseksi kuvattu suoraan. Ne kaikki olivat itsevalaisevia superjupitereita, jotka kiertävät isäntähtään satojen tai tuhansien AU: n etäisyydellä.
Nämä planeetat olivat hyvin nuoria ja niiden lämpötilat olivat yli 500 ° C (932 ° F), mikä tekee niistä melko harvinaisen planeetaluokan. Seurauksena on, että tähtitieteilijöillä ei ole tietoa eksoplaneettojen ilmakehän monimuotoisuudesta, etenkin kun kyse on pienemmistä, kallioisista planeetoista, joiden lämpötila on enemmän kuin maan lämpötila - joiden pintalämpötila on keskimäärin noin 15 ° C (58,7 ° F).
Tämä johtuu siitä, että olemassa olevilla kaukoputkilla ei yksinkertaisesti ole herkkyyttä kuvata pienempiä planeettoja, jotka kiertävät lähempänä tähtiä. Kuten he päättivät tutkimuksessaan, niiden planeettojen ilmakehän karakterisointi, jotka sijaitsevat 5 AU: n päässä tähdestään (jos säteittäisnopeustutkimukset ovat paljastaneet monia planeettoja), vaatisi kaukoputkea, jolla on 30 metrin aukko yhdistettynä edistyneeseen adaptiiviseen optiikkaan, koronagrafiin ja sarja spektrometrejä ja kuvantajia.
"Lyhyesti sanottuna, mikään nykyinen kaukoputki ei pysty havaitsemaan näitä planeettoja, edes meitä lähimpänä olevien tähtijen ympärillä, mutta on syytä uskoa, että seuraavan sukupolven teleskoopit, joiden halkaisija on vähintään 30 metriä, kykenevät siihen" Artiqua. "Ei ole varmaa, pystyykö aluksi havaitsemaan Maan kaltaiset planeetat, mutta ainakin yhden pitäisi pystyä havaitsemaan Uranukseen ja Neptunukseen verrattavat planeetat, mikä olisi jo erinomainen tulos."
Tällaisia seuraavan sukupolven laitteita ja mukautuvia optiikan instrumentteja ovat muun muassa Planetary Systems Imager (PSI) kolmenkymmenen metrin teleskoopilla (TMT), jota ehdotetaan rakennettavaksi Mauna Kealle, Havaiji. Ja siellä on GMagAO-X-instrumentti Giant Magellan -teleskoopilla (GMT), jota rakennetaan parhaillaan Las Campanasin observatoriossa ja jonka on tarkoitus valmistua vuonna 2025.
Kuten Artigau totesi, näiden seuraavan sukupolven instrumenttien avulla tehdyt tutkimukset antavat tähtitieteilijöille mahdollisuuden havaita ja karakterisoida laajempaa planeettojen joukkoa sekä mahdollisuuden etsiä mahdollisia elämän merkkejä (alias. Biosignaatit), kuten koskaan:
”Tämän avulla voimme tutkia suoraan maata hieman suuremmalta planeetoilta tulevaa valoa (ja ehkä kuin maapallo, jos olemme optimistisia). Tämä on yksi parhaimmista mahdollisuuksistamme etsiä elämän allekirjoituksia näissä ilmapiirissä. Vaikka emme löydä elämän allekirjoitusta, se antaa mahdollisuuden ymmärtää kokonaisia planeetaluokkia, jotka näemme epäsuorasti (kauttakulut, säteittäinen nopeus), mutta joista emme tiedä mitään… Suoran kuvantamisen tärkeys on, että se antaa mahdollisuuden koettaa suoraan näiden planeettojen ilmapiiri ja jopa pinta. Korkean resoluution spektrografin lisääminen antaa myös kuvan tuuista ja tuulen globaalista kiertämisestä, ja se varmistaa eri molekyylien läsnäolon. "
Tietenkin on edelleen rajoja siihen, mitä tutkijat voivat oppia käyttämällä suoraa kuvantamismenetelmää, jopa näiden käytettävissään olevien seuraavan sukupolven instrumenttien ja kaukoputkien kanssa. Mutta eksoplaneettatutkimuksen mahdollisuudet ja vaikutukset ovat vain valtavia. Ensinnäkin, tähtitieteilijät voisivat saada paremman kuvan pienempien, kallioisten planeettojen demografiasta, jotka kiertävät tähtensä vastaavissa asumisalueilla.
"Mahdollisesti asuttavien planeettojen havaitseminen on täällä varmasti mielenkiintoisin tapaus, mutta on tärkeää pitää mielessä, että sen tulee olemaan melko vaikeaa jopa 30 metrin kaukoputken kanssa", Artigua sanoi. "Kun teemme tilastollisen ennusteen, siellä pitäisi olla vain muutamia (todennäköisesti alle 10) maanpäällistä planeettaa, joihin pääsee ja joiden lämpötila on verrattavissa meidän lämpötilaan."
Tällä planeettojen alueella Artigau ja hänen kollegansa voivat kuvitella useita mielenkiintoisia skenaarioita. Jotkut voivat esimerkiksi olla Venus-kaltaisia, joissa tiheä ilmapiiri ja suhteellisen läheinen kiertorata johtavat karkaavaan kasvihuoneilmiöön. Toiset voivat olla kuin Mars, missä aurinkotuuli tai purkaukset ovat poistaneet planeettojen ilmakehän. Tämän lisäksi voi olla maanpäällisiä planeettoja, joita emme edes voi kuvitella.
"Lyhyesti sanottuna asuttavilla planeetoilla voisi olla hyvinkin enemmän mielikuvitusta kuin meillä", tohtori Artiqau totesi. "Tämä eksoplaneettojen monimuotoisuus merkitsee myös sitä, että meidän on oltava varovaisia, kun ennustamme sen olevan asutettavissa."
"Lopputulos on, että voimme tehdä hämmästyttäviä asioita tutkiessaan eksoplaneettoja maasta 30 metrin kaukoputkilla, mutta tarvitaan huomattavia investointeja tekniikkaan valmistautuakseen rakentamaan nämä instrumentit 30 metrin kaukoputkille", lisäsi Mazin.
Tutkimus tehtiin mahdolliseksi Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Giant Magellan Telescope Organization (GMTO) Corporationin tarjoaman lisäavun ansiosta.
