Velkommen tilbake til vår serie om eksoplanettjaktmetoder! I dag ser vi på den nysgjerrige og unike metoden kjent som Gravitational Microlensing.
Jakten på ekstrasolplaneter har sikkert varmet opp det siste tiåret. Takket være forbedringer gjort i teknologi og metodikk, har antallet eksoplaneter som er blitt observert (fra 1. desember 2017) nådd 3.710 planeter i 2.780 stjernersystemer, med 621 system som kan skryte av flere planeter. På grunn av forskjellige begrensninger astronomer blir tvunget til å kjempe med, har de fleste dessverre blitt oppdaget ved hjelp av indirekte metoder.
En av de mer brukte metodene for indirekte påvisning av eksoplaneter er kjent som Gravitational Microlensing. I hovedsak er denne metoden avhengig av tyngdekraften til fjerne objekter for å bøye og fokusere lys som kommer fra en stjerne. Når en planet går foran stjernen i forhold til observatøren (dvs. foretar en gjennomgang), dypper lyset målbart, som deretter kan brukes til å bestemme tilstedeværelsen av en planet.
I så måte er Gravitational Microlensing en nedskalert versjon av Gravitational Lensing, der et mellomliggende objekt (som en galakse-klynge) brukes til å fokusere lys som kommer fra en galakse eller et annet objekt som ligger utenfor det. Den inneholder også et nøkkelelement i den svært effektive transittmetoden, der stjerner overvåkes for fall i lysstyrke for å indikere tilstedeværelsen av en eksoplanett.
Beskrivelse:
I samsvar med Einsteins teori om generell relativitet, får tyngdekraften stoffet i romtiden til å bøye seg. Denne effekten kan føre til at lys påvirket av et objekts tyngdekraft blir forvrengt eller bøyd. Det kan også fungere som en linse, noe som får lys til å bli mer fokusert og få fjerne objekter (som stjerner) til å fremstå lysere for en observatør. Denne effekten oppstår bare når de to stjernene er nesten nøyaktig på linje i forhold til observatøren (dvs. en plassert foran den andre).
Disse "linsehendelsene" er korte, men rikelig, ettersom Jorden og stjernene i vår galakse alltid beveger seg i forhold til hverandre. I løpet av det siste tiåret har over tusen slike hendelser blitt observert og varte vanligvis i noen dager eller uker om gangen. Faktisk ble denne effekten brukt av Sir Arthur Eddington i 1919 for å gi de første empiriske bevisene for generell relativitet.
Dette skjedde under solformørkelsen 29. mai 1919, hvor Eddington og en vitenskapelig ekspedisjon reiste til øya Principe utenfor kysten av Vest-Afrika for å ta bilder av stjernene som nå var synlige i regionen rundt solen. Bildene bekreftet Einsteins prediksjon ved å vise hvordan lys fra disse stjernene ble forskjøvet litt som svar på solens tyngdekraftfelt.
Teknikken ble opprinnelig foreslått av astronomene Shude Mao og Bohdan Paczynski i 1991 som et middel til å lete etter binære ledsagere til stjerner. Forslaget deres ble foredlet av Andy Gould og Abraham Loeb i 1992 som en metode for å oppdage eksoplaneter. Denne metoden er mest effektiv når vi leter etter planeter mot sentrum av galaksen, ettersom den galaktiske bula gir et stort antall bakgrunnsstjerner.
Fordeler:
Mikrolensering er den eneste kjente metoden som er i stand til å oppdage planeter i virkelig store avstander fra jorden og er i stand til å finne den minste av eksoplaneter. Mens metoden Radial Velocity er effektiv når du leter etter planeter opp til 100 lysår fra Jorden og Transit Photometry kan oppdage planeter hundrevis av lysår unna, kan mikrolensering finne planeter som ligger tusenvis av lysår unna.
Mens de fleste andre metoder har en deteksjonsskjevhet mot mindre planeter, er mikrolenseringsmetoden det mest følsomme middelet til å oppdage planeter som er rundt 1-10 astronomiske enheter (AU) borte fra sollignende stjerner. Mikrolensering er også det eneste velprøvde middelet til å oppdage lavmasse-planeter i større baner, der både transittmetoden og radial hastighet er ineffektive.
Samlet sett gjør disse fordelene mikrolensering til den mest effektive metoden for å finne jordlignende planeter rundt sollignende stjerner. I tillegg kan mikrolyseringsundersøkelser monteres effektivt ved hjelp av bakkebaserte fasiliteter. I likhet med Transit Photometry drar Microlensing-metoden fordel av at den kan brukes til å kartlegge titusenvis av stjerner samtidig.
Ulemper:
Fordi mikrolenseringshendelser er unike og ikke gjenstand for gjentagelse, vil planeter som blir oppdaget ved bruk av denne metoden, ikke bli observert igjen. I tillegg har planene som blir oppdaget en tendens til å være veldig langt, noe som gjør oppfølgingsundersøkelser praktisk talt umulige. Heldigvis krever mikrolenseringsdeteksjoner generelt ikke oppfølgingsundersøkelser siden de har et veldig høyt signal-til-støy-forhold.
Selv om bekreftelse ikke er nødvendig, er noen planetariske mikrolenseringshendelser bekreftet. Planetens signal for hendelsen OGLE-2005-BLG-169 ble bekreftet av HST og Keck observasjoner (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). I tillegg kan mikroundersøkelsesundersøkelser bare produsere grove estimater av planetens avstand, og etterlate betydelige marginer for feil.
Mikrolensering er heller ikke i stand til å gi nøyaktige estimater av planetens orbitalegenskaper, siden den eneste orbital-egenskapen som kan bestemmes direkte med denne metoden, er planetens nåværende halv-hovedakse. Som sådan vil planeter med en eksentrisk bane bare kunne påvises for en liten del av bane sin (når den er langt borte fra stjernen).
Endelig er mikrolensering avhengig av sjeldne og tilfeldige hendelser - passering av en stjerne nøyaktig foran en annen, sett fra jorden - som gjør deteksjoner både sjeldne og uforutsigbare.
Eksempler på gravitasjonsmikrolenseringsundersøkelser:
Undersøkelser som er avhengige av mikrolenseringsmetoden inkluderer Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) ved universitetet i Warszawa. Ledet av Andrzej Udalski, direktør for Universitetets astronomiske observatorium, bruker dette internasjonale prosjektet 1,3 meter “Warszawa” -teleskopet i Las Campanas, Chile, for å søke etter mikrolenseringseventer i et felt på 100 stjerner rundt den galaktiske bula.
Det er også gruppen Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), et samarbeid mellom forskere i New Zealand og Japan. Ledet av professor Yasushi Muraki ved Nagoya University, bruker denne gruppen Microlensing Method for å utføre undersøkelser for mørk materie, ekstrasolplaneter og stjerners atmosfære fra den sørlige halvkule.
Og så er det Probing Lensing Anomalies NETwork (PLANET), som består av fem 1-meter teleskoper fordelt rundt den sørlige halvkule. I samarbeid med RoboNet er dette prosjektet i stand til å gi nesten kontinuerlige observasjoner for mikrolenseringshendelser forårsaket av planeter med så lave masser som Jordens.
Den hittil mest følsomme undersøkelsen er Korean Microlensing Telescope Network (KMTNet), et prosjekt initiert av Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) i 2009. KMTNet er avhengig av instrumentene ved tre sørlige observatorier for å gi 24-timers kontinuerlig overvåking av den galaktiske bula, og søker etter mikrolenseringshendelser som vil peke vei mot jordmasseplaneter som går i bane rundt stjernene sine beboelige soner.
Vi har skrevet mange interessante artikler om eksoplanettdeteksjon her på Space Magazine. Her er Hva er ekstra solplaneter ?, Hva er transittmetoden ?, Hva er metoden for radial hastighet ?, Hva er gravitasjonslinsing? og Keplers univers: Flere planeter i vår Galaxy enn stjerner
For mer informasjon, husk å sjekke NASAs side om Exoplanet Exploration, Planetarium Society's side om Extrasolar Planets og NASA / Caltech Exoplanet Archive.
Astronomy Cast har også relevante episoder om emnet. Her er episode 208: The Spitzer Space Telescope, Episode 337: Photometry, Episode 364: The CoRoT Mission, and Episode 367: Spitzer Does Exoplanets.
kilder:
- NASA - 5 måter å finne en planet
- Planetary Society - Microlensing
- Wikipedia - Metoder for å oppdage eksoplaneter
