HVA ER METODEN FOR DIREKTE AVBILDNING?

Send

Velkommen tilbake til det siste avdraget i vår serie om eksoplanettjaktmetoder. I dag begynner vi med den veldig vanskelige, men veldig lovende metoden kjent som Direct Imaging.

I løpet av de siste tiårene har antall planeter som er oppdaget utenfor vårt solsystem, økt med store sprang. Fra 4. oktober 2018 er totalt 3869 eksoplaneter bekreftet i 2 877 planetariske systemer, med 638 systemer som er vert for flere planeter. På grunn av begrensningene astronomer har blitt tvunget til å kjempe med, har de fleste av disse dessverre blitt oppdaget ved hjelp av indirekte metoder.

Så langt er det bare en håndfull planeter som er blitt oppdaget ved å bli avbildet da de gikk i bane rundt stjernene (aka. Direct Imaging). Selv om det er utfordrende sammenlignet med indirekte metoder, er denne metoden den mest lovende når det gjelder å karakterisere atmosfærene til exoplaneter. Så langt har 100 planeter blitt bekreftet i 82 planetsystemer ved bruk av denne metoden, og mange flere forventes å bli funnet i løpet av den nærmeste fremtiden.

Beskrivelse:

Som navnet antyder, består Direct Imaging av å ta bilder av eksoplaneter direkte, noe som er mulig ved å søke etter lyset som reflekteres fra en planetens atmosfære ved infrarøde bølgelengder. Årsaken til dette er fordi en infrarød bølgelengde bare er en million ganger lysere enn en planet som reflekterer lys, i stedet for en milliard ganger (noe som vanligvis er tilfelle ved visuelle bølgelengder).

En av de mest åpenbare fordelene med Direct Imaging er at den er mindre utsatt for falske positiver. Mens transittmetoden er utsatt for falske positiver i opptil 40% av tilfellene som involverer et enkelt planeten-system (noe som krever oppfølgingsobservasjoner), krever planeter som er oppdaget ved hjelp av Radial Velocity Method (bekreftes (derfor hvorfor den vanligvis er sammenkoblet med transittmetoden) . I kontrast tillater Direct Imaging astronomer å se planetene de leter etter.

Selv om muligheter for å bruke denne metoden er sjeldne, uansett hvor direkte deteksjoner kan gjøres, kan den gi forskere verdifull informasjon om planeten. For eksempel ved å undersøke spektrene reflektert fra en planetens atmosfære, er astronomer i stand til å skaffe viktig informasjon om dens sammensetning. Denne informasjonen er iboende for karakterisering av exoplanet og avgjør om den potensielt er beboelig.

Når det gjelder Fomalhaut b, ga denne metoden astronomer mulighet til å lære mer om planetens interaksjon med stjernens protoplanetære disk, plassere begrensninger på planetens masse og bekrefte tilstedeværelsen av et massivt ringsystem. Når det gjelder HR 8799 ga mengden infrarød stråling reflektert fra eksoplanets atmosfære (kombinert med modeller av planetdannelse) et grovt estimat av planetens masse.

Direkte avbildning fungerer best for planeter som har brede baner og er spesielt massive (for eksempel gassgiganter). Det er også veldig nyttig for å oppdage planeter som er "ansikt-på", noe som betyr at de ikke passerer foran stjernen i forhold til observatøren. Dette gjør det gratis med radial hastighet, som er mest effektiv for å oppdage planeter som er "kant-på", der planeter gjør transiter av stjernen sin.

Sammenlignet med andre metoder er Direct Imaging ganske vanskelig på grunn av den skjule effekten lyset fra en stjerne har. Det er med andre ord veldig vanskelig å oppdage lyset som reflekteres fra en planetens atmosfære når forelderstjernen er så mye lysere. Som et resultat er muligheter for direkte avbildning svært sjeldne ved bruk av dagens teknologi.

For det meste kan planeter bare oppdages ved bruk av denne metoden når de går i store avstander fra stjernene sine eller er spesielt massive. Dette gjør det veldig begrenset når det gjelder å søke etter terrestriske (aka. "Jordlignende") planeter som går i bane rundt stjernene deres (dvs. innenfor stjernens beboelige sone). Som et resultat er denne metoden ikke spesielt nyttig når det gjelder å søke etter potensielt beboelige eksoplaneter.

Eksempler på undersøkelser med direkte avbildning:

Den første eksoplanettdeteksjonen som ble gjort ved hjelp av denne teknikken skjedde i juli 2004, da en gruppe astronomer brukte European Southern Observatory (ESO) Very Large Telescope Array (VLTA) for å avbilde en planet flere ganger massen av Jupiter i nærheten av 2M1207 - en brun dverg som ligger omtrent 200 lysår fra Jorden.

I 2005 bekreftet ytterligere observasjoner eksoplanets bane rundt 2M1207. Noen har imidlertid fortsatt skeptiske til at dette var det første tilfellet med "Direkte avbildning", siden den lave lysstyrken til den brune dvergen var det som gjorde detektering av planeten mulig. I tillegg, fordi den går i bane rundt en brun dverg, har ført til at noen hevder at gassgiganten ikke er en ordentlig planet.

I september 2008 ble et objekt avbildet med en separasjon på 330 AU rundt vertsstjernen, 1RXS J160929.1? 210524 - som ligger 470 lysår unna i Skorpius-stjernebildet. Imidlertid var det først i 2010 at det ble bekreftet å være en planet og en følgesvenn til stjernen.

13. november 2008 kunngjorde et team av astronomer at de tok bilder av en eksoplanett som kretser rundt stjernen Fomalhaut ved hjelp av Hubble-romteleskopet. Oppdagelsen ble muliggjort takket være den tykke disken med gass og støv som omgir Fomalhaut, og den skarpe indre kanten som antyder at en planet hadde tømt rusk ut av banen.

Oppfølgingsobservasjoner med Hubble produserte bilder av disken, som gjorde det mulig for astronomer å lokalisere planeten. En annen medvirkende faktor er det faktum at denne planeten, som er dobbelt så stor som Jupiters masse, er omgitt av et ringsystem som er flere ganger tykkere enn Saturns ringer, noe som fikk planeten til å glød ganske sterkt i visuelt lys.

Samme dag kunngjorde astronomer som brukte teleskopene fra både Keck-observatoriet og Gemini-observatoriet at de hadde avbildet tre planeter i bane rundt HR 8799. Disse planetene, som har massene 10, 10 og 7 ganger Jupiter, ble alle oppdaget i infrarød bølgelengder. Dette tilskrives det faktum at HR 8799 er en ung stjerne og planetene rundt den antas å fortsatt beholde noe av varmen fra deres dannelse.

I 2009 avslørte analyse av bilder fra 2003, eksistensen av en planet som kretser rundt Beta Pictoris. I 2012 kunngjorde astronomer som brukte Subaru-teleskopet ved Mauna Kea-observatoriet bildebehandlingen av en "Super-Jupiter" (med 12,8 Jupiter-masser) som kretset rundt stjernen Kappa Andromedae i en avstand på omtrent 55 AU (nesten dobbelt så lang avstand fra Neptun fra Sol).

Andre kandidater er blitt funnet gjennom årene, men så langt forblir de ubekreftet som planeter og kan være brune dverger. Totalt er 100 eksoplaneter bekreftet ved bruk av Direct Imaging-metoden (omtrent 0,3% av alle bekreftede eksoplaneter), og de aller fleste var gassgiganter som gikk i bane rundt store avstander fra stjernene sine.

Imidlertid forventes dette å endre seg i nær fremtid etter hvert som neste generasjons teleskoper og andre teknologier blir tilgjengelige. Disse inkluderer bakkebaserte teleskoper utstyrt med adaptiv optikk, for eksempel Thirty Meter Telescope (TMT) og Magellan Telescope (GMT). De inkluderer også teleskoper som er avhengige av koronografi (som James Webb Space Telescope (JWST)), der en enhet inne i teleskopet brukes til å blokkere lys fra en stjerne.

En annen metode som utvikles er kjent som en "starshade", en enhet som er posisjonert for å blokkere lys fra en stjerne før den til og med kommer inn i et teleskop. For et rombasert teleskop som leter etter eksoplaneter, ville en stjerneskjerm være et eget romskip, designet for å plassere seg i akkurat den rette avstanden og vinkelen for å blokkere stjernelys fra stjerneastronomene observerte.

Vi har mange interessante artikler om eksoplanettjakt her på Space Magazine. Her er What is the Transit Method ?, What is the Radial Speed Speed Method ?, What is the Gravitational Microlensing Method?, Og Keplers Universe: Flere planeter i vår Galaxy enn stjerner.

Astronomy Cast har også noen interessante episoder om emnet. Her er avsnitt 367: Spitzer gjør Exoplanets og Episode 512: Direct Imaging of Exoplanets.

For mer informasjon, må du huske å sjekke NASAs side om Exoplanet Exploration, Planetarium Society's side om Extrasolar Planet og NASA / Caltech Exoplanet Archive.

kilder: