ΤΙ ΕΊΝΑΙ Η ΜΈΘΟΔΟΣ ΆΜΕΣΗΣ ΑΠΕΙΚΌΝΙΣΗΣ;

Send

Καλώς ήλθατε πίσω στην τελευταία δόση της σειράς μας σχετικά με τις μεθόδους κυνηγιού Exoplanet. Σήμερα ξεκινάμε με την πολύ δύσκολη, αλλά πολύ ελπιδοφόρα μέθοδο γνωστή ως Direct Imaging.

Τις τελευταίες δεκαετίες, ο αριθμός των πλανητών που ανακαλύφθηκαν πέρα από το ηλιακό μας σύστημα έχει αυξηθεί αλματωδώς. Από τις 4 Οκτωβρίου 2018, έχουν επιβεβαιωθεί συνολικά 3.869 εξωπλανήτες σε 2.887 πλανητικά συστήματα, με 638 συστήματα που φιλοξενούν πολλούς πλανήτες. Δυστυχώς, λόγω των περιορισμών που έχουν αναγκαστεί να αντιμετωπίσουν οι αστρονόμοι, η συντριπτική πλειονότητα αυτών έχει εντοπιστεί χρησιμοποιώντας έμμεσες μεθόδους.

Μέχρι στιγμής, μόνο μερικοί πλανήτες έχουν ανακαλυφθεί με την απεικόνιση καθώς περιστρέφονται γύρω από τα αστέρια τους (γνωστός και ως Direct Imaging). Αν και είναι προκλητική σε σύγκριση με τις έμμεσες μεθόδους, αυτή η μέθοδος είναι η πιο ελπιδοφόρα όσον αφορά τον χαρακτηρισμό της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών. Μέχρι στιγμής, 100 πλανήτες έχουν επιβεβαιωθεί σε 82 πλανητικά συστήματα χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο και πολλοί άλλοι αναμένεται να βρεθούν στο εγγύς μέλλον.

Περιγραφή:

Όπως υποδηλώνει το όνομα, η άμεση απεικόνιση αποτελείται από τη λήψη εικόνων εξωπλανητών απευθείας, κάτι που είναι εφικτό αναζητώντας το φως που αντανακλάται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη σε υπέρυθρα μήκη κύματος. Ο λόγος για αυτό είναι επειδή στα μήκη κύματος υπέρυθρων, ένα αστέρι είναι πιθανό να είναι περίπου 1 εκατομμύριο φορές φωτεινότερο από έναν πλανήτη που αντανακλά το φως, παρά ένα δισεκατομμύριο φορές (που συμβαίνει συνήθως στα οπτικά μήκη κύματος).

Ένα από τα πιο εμφανή πλεονεκτήματα του Direct Imaging είναι ότι είναι λιγότερο επιρρεπές σε ψευδώς θετικά. Ενώ η Μέθοδος Διαμετακόμισης είναι επιρρεπής σε ψευδώς θετικά σε έως και 40% των περιπτώσεων που αφορούν ένα σύστημα ενός πλανήτη (απαιτούν παρατηρήσεις παρακολούθησης), οι πλανήτες που εντοπίζονται χρησιμοποιώντας τη Μέθοδο Ακτινικής Ταχύτητας απαιτούν επιβεβαίωση (εξ ου και γιατί συνήθως συνδυάζεται με τη Μέθοδο Διαμετακόμισης) . Αντίθετα, η άμεση απεικόνιση επιτρέπει στους αστρονόμους να δουν πραγματικά τους πλανήτες που αναζητούν.

Ενώ οι ευκαιρίες για χρήση αυτής της μεθόδου είναι σπάνιες, όπου μπορούν να γίνουν άμεσες ανιχνεύσεις, μπορεί να παρέχει στους επιστήμονες πολύτιμες πληροφορίες για τον πλανήτη. Για παράδειγμα, εξετάζοντας τα φάσματα που αντανακλώνται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, οι αστρονόμοι μπορούν να λάβουν ζωτικές πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεσή του. Αυτές οι πληροφορίες είναι εγγενείς στον χαρακτηρισμό του εξωπλανήτη και καθορίζουν αν είναι δυνητικά κατοικήσιμο.

Στην περίπτωση του Fomalhaut b, αυτή η μέθοδος επέτρεψε στους αστρονόμους να μάθουν περισσότερα σχετικά με την αλληλεπίδραση του πλανήτη με τον πρωτοπλανητικό δίσκο του αστεριού, να θέσει περιορισμούς στη μάζα του πλανήτη και να επιβεβαιώσει την παρουσία ενός τεράστιου συστήματος δακτυλίου. Στην περίπτωση του HR 8799, η ποσότητα της υπέρυθρης ακτινοβολίας που αντανακλάται από την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη του (σε συνδυασμό με μοντέλα πλανητικού σχηματισμού) παρείχε μια πρόχειρη εκτίμηση της μάζας του πλανήτη.

Η άμεση απεικόνιση λειτουργεί καλύτερα για πλανήτες που έχουν μεγάλες τροχιές και είναι ιδιαίτερα μαζικοί (όπως γίγαντες αερίου). Είναι επίσης πολύ χρήσιμο για την ανίχνευση πλανητών που είναι τοποθετημένοι «πρόσωπο με πρόσωπο», που σημαίνει ότι δεν διέρχονται μπροστά από το αστέρι σε σχέση με τον παρατηρητή. Αυτό το καθιστά δωρεάν στην ακτινική ταχύτητα, η οποία είναι πιο αποτελεσματική για την ανίχνευση πλανητών που είναι «άκρη», όπου οι πλανήτες κάνουν διέλευση του αστεριού τους.

Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους, η άμεση απεικόνιση είναι μάλλον δύσκολη λόγω του σκοτεινού εφέ που έχει ένα φως από ένα αστέρι. Με άλλα λόγια, είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί το φως που ανακλάται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη όταν το γονικό του αστέρι είναι τόσο πιο φωτεινό. Ως αποτέλεσμα, οι ευκαιρίες για άμεση απεικόνιση είναι πολύ σπάνιες χρησιμοποιώντας την τρέχουσα τεχνολογία.

Ως επί το πλείστον, οι πλανήτες μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο μόνο όταν περιστρέφονται σε μεγάλες αποστάσεις από τα αστέρια τους ή είναι ιδιαίτερα μαζικοί. Αυτό το καθιστά πολύ περιορισμένο όταν πρόκειται για αναζήτηση επίγειων πλανητών (γνωστός και ως «γήινος») πλανητών που περιστρέφονται πιο κοντά στα αστέρια τους (δηλαδή εντός της κατοικήσιμης ζώνης του αστεριού τους). Ως αποτέλεσμα, αυτή η μέθοδος δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν πρόκειται για αναζήτηση δυνητικά κατοικήσιμων εξωπλανητών.

Παραδείγματα ερευνών άμεσης απεικόνισης:

Η πρώτη ανίχνευση εξωπλανήτη που έγινε με αυτήν την τεχνική πραγματοποιήθηκε τον Ιούλιο του 2004, όταν μια ομάδα αστρονόμων χρησιμοποίησε το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (ESL) του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (VLTA) για να απεικονίσει έναν πλανήτη αρκετές φορές τη μάζα του Δία σε κοντινή απόσταση από το 2M1207 - έναν καφέ νάνο που βρίσκεται περίπου 200 έτη φωτός από τη Γη.

Το 2005, περαιτέρω παρατηρήσεις επιβεβαίωσαν την τροχιά αυτού του εξωπλανήτη γύρω στο 2M1207. Ωστόσο, ορισμένοι έχουν παραμείνει σκεπτικοί ότι αυτή ήταν η πρώτη περίπτωση της "Direct Imaging", καθώς η χαμηλή φωτεινότητα του καφέ νάνου ήταν αυτή που έκανε δυνατή την ανίχνευση του πλανήτη. Επιπλέον, επειδή περιστρέφεται γύρω από έναν καφέ νάνο, οδήγησε ορισμένους να υποστηρίξουν ότι ο γίγαντας αερίου δεν είναι ένας κατάλληλος πλανήτης.

Τον Σεπτέμβριο του 2008, ένα αντικείμενο απεικονίστηκε με διαχωρισμό 330 AU γύρω από το αστέρι του κεντρικού υπολογιστή, 1RXS J160929.1 - 210524 - το οποίο βρίσκεται 470 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Σκορπιού. Ωστόσο, μόλις το 2010 επιβεβαιώθηκε ότι ήταν πλανήτης και σύντροφος του αστεριού.

Στις 13 Νοεμβρίου 2008, μια ομάδα αστρονόμων ανακοίνωσε ότι συνέλαβε εικόνες ενός εξωπλανήτη σε τροχιά γύρω από το αστέρι Fomalhaut χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble. Η ανακάλυψη έγινε δυνατή χάρη στον πυκνό δίσκο αερίου και σκόνης που περιβάλλει το Fomalhaut και την αιχμηρή εσωτερική άκρη που υποδηλώνει ότι ένας πλανήτης είχε καθαρίσει τα συντρίμμια από το δρόμο του.

Παρακολούθηση παρακολούθησης με το Χαμπλ παρήγαγαν εικόνες του δίσκου, οι οποίοι επέτρεψαν στους αστρονόμους να εντοπίσουν τον πλανήτη. Ένας άλλος παράγοντας που συμβάλλει είναι το γεγονός ότι αυτός ο πλανήτης, ο οποίος είναι διπλάσιος από τη μάζα του Δία, περιβάλλεται από ένα σύστημα δακτυλίου που είναι αρκετές φορές παχύτερο από τους δακτυλίους του Κρόνου, γεγονός που έκανε τον πλανήτη να λάμπει αρκετά έντονα σε οπτικό φως.

Την ίδια ημέρα, οι αστρονόμοι που χρησιμοποίησαν τα τηλεσκόπια τόσο από το Παρατηρητήριο Keck όσο και από το Παρατηρητήριο Gemini ανακοίνωσαν ότι είχαν απεικονίσει 3 πλανήτες σε τροχιά HR 8799. Αυτοί οι πλανήτες, οι οποίοι έχουν μάζες 10, 10 και 7 φορές τον Δία, εντοπίστηκαν όλοι σε υπέρυθρες ακτίνες. μήκη κύματος. Αυτό αποδόθηκε στο γεγονός ότι το HR 8799 είναι ένα νεαρό αστέρι και οι πλανήτες γύρω του πιστεύεται ότι εξακολουθούν να διατηρούν μέρος της θερμότητας του σχηματισμού τους.

Το 2009, η ανάλυση των εικόνων που χρονολογούνται από το 2003 αποκάλυψε την ύπαρξη ενός πλανήτη σε τροχιά Beta Pictoris. Το 2012, οι αστρονόμοι που χρησιμοποίησαν το τηλεσκόπιο Subaru στο Παρατηρητήριο Mauna Kea ανακοίνωσαν την απεικόνιση ενός «Super-Jupiter» (με 12,8 μάζες Δία) σε τροχιά γύρω από το αστέρι Kappa Andromedae σε απόσταση περίπου 55 AU (σχεδόν διπλάσια από την απόσταση του Ποσειδώνα από το Ήλιος).

Άλλοι υποψήφιοι έχουν βρεθεί με την πάροδο των ετών, αλλά μέχρι στιγμής, παραμένουν μη επιβεβαιωμένοι ως πλανήτες και θα μπορούσαν να είναι καφέ νάνοι. Συνολικά, 100 εξωπλανήτες έχουν επιβεβαιωθεί χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Direct Imaging (περίπου 0,3% όλων των επιβεβαιωμένων εξωπλανητών), και η συντριπτική πλειονότητα ήταν γίγαντες αερίου που περιστρέφονταν σε μεγάλες αποστάσεις από τα αστέρια τους.

Ωστόσο, αυτό αναμένεται να αλλάξει στο εγγύς μέλλον καθώς διατίθενται τηλεσκόπια επόμενης γενιάς και άλλες τεχνολογίες. Αυτά περιλαμβάνουν επίγεια τηλεσκόπια εξοπλισμένα με προσαρμοστικά οπτικά, όπως το τηλεσκόπιο Thirty Meter (TMT) και το τηλεσκόπιο Magellan (GMT). Περιλαμβάνουν επίσης τηλεσκόπια που βασίζονται στην κορωνογραφία (όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), όπου μια συσκευή μέσα στο τηλεσκόπιο χρησιμοποιείται για τον αποκλεισμό του φωτός από ένα αστέρι.

Μια άλλη μέθοδος που αναπτύσσεται είναι γνωστή ως "starhade", μια συσκευή που είναι τοποθετημένη για να εμποδίζει το φως από ένα αστέρι πριν ακόμη εισέλθει σε ένα τηλεσκόπιο. Για ένα διαστημικό τηλεσκόπιο που αναζητά εξωπλανήτες, ένα αστέρι θα ήταν ένα ξεχωριστό διαστημικό σκάφος, σχεδιασμένο να τοποθετείται ακριβώς στη σωστή απόσταση και γωνία για να αποκλείει το αστρικό αστέρι από τους αστρονόμους.

Έχουμε πολλά ενδιαφέροντα άρθρα σχετικά με το κυνήγι εξωπλανητών εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι ποια είναι η Μέθοδος Διαμετακόμισης;, Τι είναι η Μέθοδος Ακτινικής Ταχύτητας;, Ποια είναι η Μέθοδος Βαρυτικής Μικροληψίας;, και το Σύμπαν του Κέπλερ: Περισσότεροι πλανήτες στο Γαλαξία μας παρά Αστέρια.

Το Astronomy Cast έχει επίσης μερικά ενδιαφέροντα επεισόδια στο θέμα. Εδώ είναι το επεισόδιο 367: Το Spitzer κάνει Exoplanets και το επεισόδιο 512: Direct Imaging of Exoplanets.

Για περισσότερες πληροφορίες, φροντίστε να δείτε τη σελίδα της NASA στο Exoplanet Exploration, τη σελίδα της Planetary Society στους Extrasolar Planets και το NASA / Caltech Exoplanet Archive.

Πηγές: