Καλώς ήλθατε πίσω στη σειρά μας σχετικά με τις μεθόδους κυνηγιού Exoplanet! Σήμερα, εξετάζουμε την περίεργη και μοναδική μέθοδο γνωστή ως Gravitational Microlensing.
Το κυνήγι για εξωηλιακούς πλανήτες σίγουρα έχει θερμανθεί την τελευταία δεκαετία. Χάρη στις βελτιώσεις που έγιναν στην τεχνολογία και τη μεθοδολογία, ο αριθμός των εξωπλανητών που παρατηρήθηκαν (από την 1η Δεκεμβρίου 2017) έφτασε τους 3.710 πλανήτες σε συστήματα 2.780 αστέρων, με το 621 σύστημα να διαθέτει πολλαπλούς πλανήτες. Δυστυχώς, λόγω των διαφόρων ορίων που οι αστρονόμοι αναγκάζονται να αντιμετωπίσουν, η συντριπτική πλειονότητα έχει ανακαλυφθεί χρησιμοποιώντας έμμεσες μεθόδους.
Μία από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους για έμμεση ανίχνευση εξωπλανητών είναι γνωστή ως Gravitational Microlensing. Ουσιαστικά, αυτή η μέθοδος βασίζεται στη βαρυτική δύναμη των απομακρυσμένων αντικειμένων για κάμψη και εστίαση του φωτός που προέρχεται από ένα αστέρι. Καθώς ένας πλανήτης περνά μπροστά από το αστέρι σε σχέση με τον παρατηρητή (δηλαδή κάνει διέλευση), το φως βυθίζεται μετρήσιμα, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της παρουσίας ενός πλανήτη.
Από αυτή την άποψη, το Gravitational Microlensing είναι μια έκδοση με κλίμακα προς τα κάτω του Gravitational Lensing, όπου ένα παρεμβαλλόμενο αντικείμενο (όπως ένα σύμπλεγμα γαλαξιών) χρησιμοποιείται για την εστίαση του φωτός που προέρχεται από έναν γαλαξία ή άλλο αντικείμενο που βρίσκεται πέρα από αυτόν. Ενσωματώνει επίσης ένα βασικό στοιχείο της εξαιρετικά αποτελεσματικής μεθόδου διαμετακόμισης, όπου τα αστέρια παρακολουθούνται για πτώσεις στη φωτεινότητα για να δείξουν την παρουσία ενός εξωπλανήτη.
Περιγραφή:
Σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η βαρύτητα προκαλεί την κάμψη του ιστού του χωροχρόνου. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση ή κάμψη του φωτός που επηρεάζεται από τη βαρύτητα ενός αντικειμένου. Μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως φακός, προκαλώντας το φως να εστιάζει περισσότερο και να κάνει τα μακρινά αντικείμενα (όπως τα αστέρια) να φαίνονται πιο φωτεινά σε έναν παρατηρητή. Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται μόνο όταν τα δύο αστέρια είναι σχεδόν ακριβώς ευθυγραμμισμένα σε σχέση με τον παρατηρητή (δηλαδή ένα τοποθετημένο μπροστά από το άλλο).
Αυτά τα «γεγονότα φακού» είναι σύντομα, αλλά άφθονα, καθώς η Γη και τα αστέρια στον γαλαξία μας κινούνται πάντα σε σχέση μεταξύ τους. Κατά την τελευταία δεκαετία, έχουν παρατηρηθεί περισσότερα από χίλια τέτοια γεγονότα και συνήθως διήρκεσαν μερικές μέρες ή εβδομάδες κάθε φορά. Στην πραγματικότητα, αυτό το αποτέλεσμα χρησιμοποιήθηκε από τον Sir Arthur Eddington το 1919 για να παράσχει τις πρώτες εμπειρικές αποδείξεις για τη Γενική Σχετικότητα.
Αυτό συνέβη κατά τη διάρκεια της ηλιακής έκλειψης της 29ης Μαΐου 1919, όπου ο Έντινγκτον και μια επιστημονική αποστολή ταξίδεψαν στο νησί Πρίνσιπε στα ανοικτά των ακτών της Δυτικής Αφρικής για να τραβήξουν φωτογραφίες από τα αστέρια που ήταν τώρα ορατά στην περιοχή γύρω από τον Ήλιο. Οι φωτογραφίες επιβεβαίωσαν την πρόβλεψη του Αϊνστάιν δείχνοντας πώς το φως από αυτά τα αστέρια μετατοπίστηκε ελαφρώς σε απάντηση στο βαρυτικό πεδίο του Ήλιου.
Η τεχνική προτάθηκε αρχικά από τους αστρονόμους Shude Mao και Bohdan Paczynski το 1991 ως μέσο αναζήτησης δυαδικών συντρόφων στα αστέρια. Η πρότασή τους τελειοποιήθηκε από τους Andy Gould και Abraham Loeb το 1992 ως μέθοδο ανίχνευσης εξωπλανητών. Αυτή η μέθοδος είναι πιο αποτελεσματική όταν ψάχνετε πλανήτες προς το κέντρο του γαλαξία, καθώς η γαλαξιακή διόγκωση παρέχει μεγάλο αριθμό αστεριών στο παρασκήνιο.
Πλεονεκτήματα:
Το Microlensing είναι η μόνη γνωστή μέθοδος ικανή να ανακαλύψει πλανήτες σε πραγματικά μεγάλες αποστάσεις από τη Γη και είναι σε θέση να βρει τους μικρότερους εξωπλανήτες. Ενώ η μέθοδος Radial Velocity είναι αποτελεσματική όταν ψάχνετε πλανήτες έως και 100 έτη φωτός από τη Γη και η Φωτομετρία Διαμετακόμισης μπορεί να ανιχνεύσει πλανήτες εκατοντάδες έτη φωτός μακριά, η μικροαισθησία μπορεί να βρει πλανήτες που βρίσκονται χιλιάδες έτη φωτός μακριά.
Ενώ οι περισσότερες άλλες μέθοδοι έχουν προκατάληψη ανίχνευσης προς μικρότερους πλανήτες, η μέθοδος μικροαισθητήρα είναι το πιο ευαίσθητο μέσο ανίχνευσης πλανητών που βρίσκονται περίπου 1-10 αστρονομικές μονάδες (AU) μακριά από αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο. Το Microlensing είναι επίσης το μόνο αποδεδειγμένο μέσο ανίχνευσης πλανητών χαμηλής μάζας σε ευρύτερες τροχιές, όπου τόσο η μέθοδος διέλευσης όσο και η ακτινική ταχύτητα είναι αναποτελεσματικές.
Συνολικά, αυτά τα οφέλη καθιστούν τη μικροαισθηματοποίηση την πιο αποτελεσματική μέθοδο για την εύρεση πλανητών που μοιάζουν με τη Γη γύρω από αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο. Επιπλέον, οι έρευνες μικροαισθητήρα μπορούν να πραγματοποιηθούν αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας επίγειες εγκαταστάσεις. Όπως η Transit Photometry, η μέθοδος Microlensing επωφελείται από το γεγονός ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταυτόχρονη έρευνα δεκάδων χιλιάδων αστεριών.
Μειονεκτήματα:
Επειδή τα συμβάντα μικροαισθητοποίησης είναι μοναδικά και δεν υπόκεινται σε επανάληψη, τυχόν πλανήτες που ανιχνεύονται χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο δεν θα παρατηρηθούν ξανά. Επιπλέον, αυτοί οι πλανήτες που ανιχνεύονται τείνουν να είναι πολύ μακριά, γεγονός που καθιστά σχεδόν αδύνατη τις έρευνες παρακολούθησης. Ευτυχώς, οι ανιχνεύσεις μικροαισθητήρα γενικά δεν απαιτούν έρευνες παρακολούθησης, δεδομένου ότι έχουν πολύ υψηλό λόγο σήματος προς θόρυβο.
Παρόλο που η επιβεβαίωση δεν είναι απαραίτητη, έχουν επιβεβαιωθεί ορισμένα συμβάντα πλανητικού μικροαισθητήρα. Το πλανητικό σήμα για την εκδήλωση OGLE-2005-BLG-169 επιβεβαιώθηκε από τις παρατηρήσεις HST και Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Επιπλέον, οι έρευνες microlensing μπορούν να παράγουν απλές εκτιμήσεις της απόστασης ενός πλανήτη, αφήνοντας σημαντικά περιθώρια σφάλματος.
Η μικροαισθησία δεν είναι επίσης σε θέση να αποδώσει ακριβείς εκτιμήσεις των τροχιακών ιδιοτήτων ενός πλανήτη, καθώς το μόνο τροχιακό χαρακτηριστικό που μπορεί να προσδιοριστεί άμεσα με αυτήν τη μέθοδο είναι ο τρέχων ημι-μείζων άξονας του πλανήτη. Ως εκ τούτου, ο πλανήτης με εκκεντρική τροχιά θα είναι ανιχνεύσιμος μόνο για ένα μικρό μέρος της τροχιάς του (όταν είναι μακριά από το αστέρι του).
Τέλος, η μικροαισθησία εξαρτάται από σπάνια και τυχαία γεγονότα - το πέρασμα ενός αστεριού ακριβώς μπροστά από ένα άλλο, όπως φαίνεται από τη Γη - το οποίο καθιστά τις ανιχνεύσεις σπάνιες και απρόβλεπτες.
Παραδείγματα βαρυτικών ερευνών μικροαισθητήρα:
Έρευνες που βασίζονται στη μέθοδο Microlensing περιλαμβάνουν το Πείραμα Οπτικής Βαρυτικής Φακού (OGLE) στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας. Με επικεφαλής τον Andrzej Udalski, διευθυντή του Αστρονομικού Παρατηρητηρίου του Πανεπιστημίου, αυτό το διεθνές έργο χρησιμοποιεί το τηλεσκόπιο «Βαρσοβία» 1,3 μέτρων στο Las Campanas της Χιλής, για να αναζητήσει εκδηλώσεις μικροαισθητήρα σε ένα πεδίο 100 αστέρων γύρω από το γαλαξιακό κύμα.
Υπάρχει επίσης η ομάδα Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), μια συνεργατική προσπάθεια μεταξύ ερευνητών στη Νέα Ζηλανδία και την Ιαπωνία. Με επικεφαλής τον καθηγητή Yasushi Muraki του Πανεπιστημίου Nagoya, αυτή η ομάδα χρησιμοποιεί τη μέθοδο Microlensing για τη διεξαγωγή ερευνών για σκοτεινή ύλη, εξωηλιακούς πλανήτες και αστρικές ατμόσφαιρες από το νότιο ημισφαίριο.
Και έπειτα υπάρχει το Probing Lensing Anomalies NETwork (PLANET), το οποίο αποτελείται από πέντε τηλεσκόπια 1 μέτρου κατανεμημένα γύρω από το νότιο ημισφαίριο. Σε συνεργασία με το RoboNet, αυτό το έργο είναι σε θέση να παρέχει σχεδόν συνεχείς παρατηρήσεις για συμβάντα μικροαισθητήρα που προκαλούνται από πλανήτες με μάζες τόσο χαμηλές όσο της Γης.
Η πιο ευαίσθητη έρευνα μέχρι σήμερα είναι το Κορεατικό Τηλεσκόπιο Microlensing Network (KMTNet), ένα έργο που ξεκίνησε από το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Διαστημικής Επιστήμης της Κορέας (KASI) το 2009. Το KMTNet βασίζεται στα όργανα σε τρία νότια παρατηρητήρια για να παρέχει 24ωρη συνεχή παρακολούθηση η γαλαξιακή διόγκωση, αναζητώντας γεγονότα μικροαισθητήρα που θα κατευθύνουν το δρόμο προς πλανήτες μάζας γης σε τροχιά με τα αστέρια τους κατοικήσιμες περιοχές.
Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα σχετικά με την ανίχνευση εξωπλανητών εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι τι είναι οι επιπλέον ηλιακοί πλανήτες ;, Τι είναι η μέθοδος διέλευσης ;, Τι είναι η μέθοδος ακτινικής ταχύτητας ;, Τι είναι ο βαρυτικός φακός; και το Σύμπαν του Kepler: Περισσότεροι πλανήτες στο Γαλαξία μας από τα αστέρια
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.
Το Astronomy Cast έχει επίσης σχετικά επεισόδια στο θέμα. Εδώ είναι το επεισόδιο 208: Το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer, επεισόδιο 337: φωτομετρία, επεισόδιο 364: η αποστολή CoRoT και επεισόδιο 367: Το Spitzer κάνει εξωπλανήτες.
Πηγές:
- NASA - 5 τρόποι εύρεσης ενός πλανήτη
- Πλανητική Κοινωνία - Μικροαισθηματοποίηση
- Wikipedia - Μέθοδοι εντοπισμού εξωπλανητών
