KAS IR TIEŠĀS ATTĒLVEIDOŠANAS METODE?

Send

Laipni lūdzam atpakaļ uz mūsu Exoplanet medību metožu sērijas jaunāko daļu. Šodien mēs sākam ar ļoti grūto, bet ļoti daudzsološo metodi, kas pazīstama kā Direct Imaging.

Pēdējo desmitgažu laikā ārpus mūsu Saules sistēmas atklāto planētu skaits ir pieaudzis par lēcieniem. Kopš 2018. gada 4. oktobra 2887 planētu sistēmās ir apstiprinātas pavisam 3869 eksoplanetes, un 638 sistēmās mitinās vairākas planētas. Diemžēl ierobežojumu dēļ, ar kuriem astronomi ir spiesti stāties pretī, lielais vairums no tiem ir atklāti, izmantojot netiešas metodes.

Līdz šim tikai nedaudzām planētām ir atklātas ar attēlu, kā tās riņķo ap zvaigznēm (aka. Direct Imaging). Lai arī šī metode ir izaicinoša salīdzinājumā ar netiešajām metodēm, tā ir visdaudzsološākā, kad jāraksturo eksoplanetu atmosfēra. Līdz šim 82 planētu sistēmās, izmantojot šo metodi, ir apstiprinātas 100 planētas, un ir paredzams, ka tuvākajā nākotnē tiks atrasta vēl daudz.

Apraksts:

Kā norāda nosaukums, tiešā attēlveidošana sastāv no eksoplanetu attēlu tiešas tveršanas, kas ir iespējams, meklējot gaismu, kas atstarota no planētas atmosfēras infrasarkano viļņu garumā. Iemesls tam ir tas, ka infrasarkano viļņu garumā zvaigzne, visticamāk, ir tikai aptuveni 1 miljons reizes spožāka nekā planēta, kas atstaro gaismu, nevis miljards reižu (tas parasti notiek vizuālā viļņa garumā).

Viena no acīmredzamākajām tiešās attēlveidošanas priekšrocībām ir tā, ka tā ir mazāk pakļauta viltus pozitīvam rezultātam. Tā kā tranzīta metodei ir tendence uz nepatiesiem pozitīviem rezultātiem līdz 40% gadījumu, kas saistīti ar vienas planētas sistēmu (nepieciešami papildu novērojumi), planētām, kuras atklātas, izmantojot radiālā ātruma metodi, ir nepieciešams apstiprinājums (tātad, kāpēc tā parasti tiek savienota pārī ar tranzīta metodi) . Turpretī tiešā attēlveidošana ļauj astronomiem faktiski redzēt planētas, kuras viņi meklē.

Lai arī iespējas izmantot šo metodi ir reti sastopamas, lai arī kur var veikt tiešus atklājumus, tā var sniegt zinātniekiem vērtīgu informāciju par planētu. Piemēram, izpētot spektrus, kas atspoguļojas no planētas atmosfēras, astronomi var iegūt būtisku informāciju par tās sastāvu. Šī informācija ir raksturīga eksoplanetu raksturojumam un tās potenciālās apdzīvošanas noteikšanai.

Fomalhaut b gadījumā šī metode ļāva astronomiem uzzināt vairāk par planētas mijiedarbību ar zvaigznes protoplanētu disku, noteikt ierobežojumus planētas masai un apstiprināt masīvas gredzenu sistēmas klātbūtni. HR 8799 gadījumā infrasarkanā starojuma daudzums, kas atspoguļots no tā eksoplanētas atmosfēras (apvienojumā ar planētu veidošanās modeļiem), sniedz aptuvenu planētas masas novērtējumu.

Tiešā attēlveidošana vislabāk darbojas planētām, kurām ir platas orbītas un kuras ir īpaši masīvas (piemēram, gāzes giganti). Tas ir ļoti noderīgi arī tādu planētu noteikšanai, kuras ir novietotas “aci pret aci”, tas nozīmē, ka tās nepārceļas zvaigznes priekšā attiecībā pret novērotāju. Tas padara to papildinošu ar radiālo ātrumu, kas ir visefektīvākais, lai noteiktu planētas, kurām ir “mala”, kur planētas veic savas zvaigznes tranzītu.

Salīdzinot ar citām metodēm, tiešā attēlveidošana ir diezgan sarežģīta, jo zvaigznei ir aizēnojošs efekts. Citiem vārdiem sakot, ir ļoti grūti noteikt gaismu, kas atstarojas no planētas atmosfēras, kad tās vecāku zvaigzne ir tik daudz spožāka. Tā rezultātā, izmantojot pašreizējās tehnoloģijas, tiešās attēlveidošanas iespējas ir ļoti reti sastopamas.

Lielākoties planētas var atklāt, izmantojot šo metodi, tikai tad, ja tās riņķo lielos attālumos no savām zvaigznēm vai ir īpaši masīvas. Tas padara to ļoti ierobežotu, meklējot zemes (pazīstamas arī kā “Zemei līdzīgas”) planētas, kas riņķo tuvāk zvaigznēm (t.i., to zvaigznes apdzīvojamā zonā). Rezultātā šī metode nav īpaši noderīga, meklējot potenciāli apdzīvojamas eksoplanetes.

Tiešo attēlveidošanas apsekojumu piemēri:

Pirmais eksoplanetu atklājums, kas veikts, izmantojot šo paņēmienu, notika 2004. gada jūlijā, kad astronomu grupa izmantoja Eiropas Dienvidu observatorijas (ESO) ļoti lielo teleskopu masīvu (VLTA), lai attēlotu planētu, kas vairākas reizes pārsniedz Jupitera masu 2M1207 tiešā tuvumā - brūns punduris, kas atrodas apmēram 200 gaismas gadu attālumā no Zemes.

2005. gadā turpmāki novērojumi apstiprināja šīs eksoplanētas orbītu ap 2M1207. Tomēr daži ir skeptiski noskaņoti, ka tas bija pirmais “tiešās attēlveidošanas” gadījums, jo brūnā pundura zemais spilgtums bija tas, kas ļāva atklāt planētu. Turklāt, tā kā tas riņķo ap brūno punduri, daži ir vedinājuši apgalvot, ka gāzes gigants nav pareiza planēta.

2008. gada septembrī objekts tika attēlots ar 330 AS atdalījumu ap galveno zvaigzni 1RXS J160929.1? 210524 - kas atrodas 470 gaismas gadu attālumā Skorpija zvaigznājā. Tomēr tikai 2010. gadā tika apstiprināts, ka tā ir planēta un zvaigznes pavadonis.

2008. gada 13. novembrī astronomu komanda paziņoja, ka viņi izmanto Habla kosmiskā teleskopa attēlus ar eksoplanētu, kas riņķo ap zvaigzni Fomalhaut. Atklāšana bija iespējama, pateicoties biezajam gāzes un putekļu diskam, kas ieskauj Fomalhautu, un asai iekšējai malai, kas liek domāt, ka planēta no sava ceļa ir iztīrījusi gružus.

Pēc Habla novērojumiem tika izveidoti diska attēli, kas ļāva astronomiem noteikt planētu. Vēl viens veicinošs faktors ir fakts, ka šo planētu, kas ir divreiz lielāka par Jupitera masu, ieskauj gredzenu sistēma, kas ir vairākas reizes biezāka par Saturna gredzeniem, kā dēļ planēta vizuāli spilgti spīd diezgan spilgti.

Tajā pašā dienā astronomi, izmantojot gan Keka observatorijas, gan Gemini observatorijas teleskopus, paziņoja, ka ir attēlojuši 3 planētas, kas riņķo ap HR 8799. Šīs planētas, kuru masa ir 10, 10 un 7 reizes lielāka nekā Jupitera, visas tika atklātas infrasarkanā starā. viļņu garumi. Tas tika attiecināts uz faktu, ka HR 8799 ir jauna zvaigzne un domājams, ka planētas ap to joprojām saglabā daļu no to veidošanās siltuma.

2009. gadā attēlu analīze, kas datēta ar 2003. gadu, atklāja planētas, kas riņķo ap Beta Piktorisu, eksistenci. 2012. gadā astronomi, izmantojot Subaru teleskopu Mauna Kea observatorijā, paziņoja par “Super-Jupitera” (ar 12,8 Jupitera masām), kas riņķo ap zvaigzni Kappa Andromedae aptuveni 55 AU attālumā (gandrīz divreiz vairāk nekā Neptūna attālums no Saule).

Gadu gaitā ir atrasti citi kandidāti, taču līdz šim viņi paliek neapstiprināti kā planētas un varētu būt brūnie punduri. Kopumā, izmantojot tiešās attēlveidošanas metodi, tika apstiprinātas 100 eksoplanētas (aptuveni 0,3% no visām apstiprinātajām eksoplanetām), un lielākais vairums bija gāzes giganti, kas riņķoja lielos attālumos no savām zvaigznēm.

Tomēr gaidāms, ka tas tuvākajā laikā mainīsies, kad būs pieejami nākamās paaudzes teleskopi un citas tehnoloģijas. Tajos ietilpst uz zemes bāzēti teleskopi, kas aprīkoti ar adaptīvo optiku, piemēram, trīsdesmit metru teleskops (TMT) un Magelāna teleskops (GMT). Tajos ietilpst arī teleskopi, kas balstās uz koronogrāfiju (piemēram, Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST)), kur teleskopa iekšpusē esošo ierīci izmanto, lai bloķētu zvaigznes gaismu.

Vēl viena izstrādātā metode ir pazīstama kā “starshade” - ierīce, kas ir novietota, lai bloķētu zvaigznes starojumu, pirms tā pat nonāk teleskopā. Kosmosa teleskopam, kas meklē eksoplanetes, zvaigžņu ēna būtu atsevišķs kosmosa kuģis, kas paredzēts, lai novietotu sevi pareizajā attālumā un leņķī, lai bloķētu zvaigžņu gaismu no zvaigznes, ko novēroja astronomi.

Vietnes Space Magazine mums ir daudz interesantu rakstu par eksoplanetu medībām. Lūk, kas ir tranzīta metode ?, kas ir radiālā ātruma metode ?, kāda ir gravitācijas mikroliešanas metode? Un Keplera Universe: vairāk mūsu galaktikas planētu nekā zvaigžņu.

Astronomijas cast ir arī dažas interesantas epizodes par šo tēmu. Lūk, 367. epizode: Spicers veic eksoplanetu darbību un 512. epizode: eksoplanetu tieša attēlveidošana.

Lai iegūtu papildinformāciju, noteikti apskatiet NASA lapu Exoplanet Exploration, Planetary Society lapu Extrasolar Planets un NASA / Caltech Exoplanet Archive.

Avoti: