КАКЪВ Е МЕТОДЪТ ЗА ДИРЕКТНО ИЗОБРАЖЕНИЕ?

Send

Добре дошли обратно към най-новата вноска в нашата серия за методите на лов на екзопланети. Днес започваме с много трудния, но много обещаващ метод, известен като Direct Imaging.

През последните няколко десетилетия броят на планетите, открити извън нашата Слънчева система, нараства с скокове и граници. Към 4 октомври 2018 г. са потвърдени общо 3 869 екзопланети в 2887 планетарни системи, като 638 системи са хостинг на множество планети. За съжаление, поради ограниченията, с които астрономите са били принудени да се справят, по-голямата част от тях са открити с помощта на косвени методи.

Досега само шепа планети са открити, като са били изобразени, докато обикалят около звездите си (известен още като. Direct Imaging). Макар и предизвикателен в сравнение с косвените методи, този метод е най-обещаващ, когато става въпрос за характеризиране на атмосферата на екзопланети. Досега са потвърдени 100 планети в 82 планетни системи, използващи този метод, и се очаква да се намерят още много в близко бъдеще.

Описание:

Както подсказва името, Direct Imaging се състои в заснемане на изображения на екзопланети директно, което е възможно чрез търсене на светлината, отразена от атмосферата на планетата при инфрачервени дължини на вълната. Причината за това е, че при инфрачервени дължини на вълната една звезда вероятно е само около 1 милион пъти по-ярка от планетата, отразяваща светлината, а не милиард пъти (което обикновено е при визуалните дължини на вълната).

Едно от най-очевидните предимства на Direct Imaging е, че той е по-малко предразположен към фалшиви позитиви. Докато методът на транзит е предразположен към фалшиви положителни резултати в до 40% от случаите, включващи една система на една планета (изискващи последващи наблюдения), планетите, открити по метода на радиална скорост, изискват потвърждение (следователно защо обикновено се сдвоява с метода на транзит) , За разлика от тях, Direct Imaging позволява на астрономите действително да видят планетите, които търсят.

Въпреки че възможностите за използване на този метод са рядкост, където и да се правят директни открития, той може да предостави на учените ценна информация за планетата. Например, изследвайки спектрите, отразени от атмосферата на планетата, астрономите могат да получат жизненоважна информация за нейния състав. Тази информация е присъща на характеристиките на екзопланетите и определя дали е потенциално обитаема.

В случая на Fomalhaut b, този метод позволи на астрономите да научат повече за взаимодействието на планетата с протопланетарния диск на звездата, да поставят ограничения върху масата на планетата и да потвърдят наличието на масивна пръстенна система. В случая на HR 8799 количеството инфрачервено лъчение, отразено от атмосферата на екзопланетата му (комбинирано с модели на планетарно формиране), даде груба оценка на масата на планетата.

Direct Imaging работи най-добре за планети, които имат широки орбити и са особено масивни (като газови гиганти). Също така е много полезно за откриване на планети, които са разположени „лице в лице”, което означава, че те не преминават пред звездата спрямо наблюдателя. Това го прави безплатен за радиална скорост, която е най-ефективна за откриване на планети, които са „на ръба“, където планетите извършват транзити на своята звезда.

В сравнение с други методи, Direct Imaging е доста труден поради затъмняващия ефект, който има светлината от звездата. С други думи, много е трудно да се открие отразяването на светлината от атмосферата на планетата, когато нейната родителска звезда е толкова по-ярка. В резултат на това възможностите за Direct Imaging са много редки, като се използват съвременните технологии.

В по-голямата си част планетите могат да бъдат открити с помощта на този метод само когато орбитат на големи разстояния от своите звезди или са особено масивни. Това го прави много ограничен, когато става дума за търсене на земни (известни още като „подобни на Земята“) планети, които орбитат по-близо до своите звезди (т.е. в обитаемата зона на звездата им). В резултат на това този метод не е особено полезен, когато става дума за търсене на потенциално обитаеми екзопланети.

Примери за проучвания с директно изобразяване:

Първото откриване на екзопланети, направено с помощта на тази техника, се случи през юли 2004 г., когато група астрономи използваха много големия телескопски масив (VLTA) на Европейската южна обсерватория (VLTA) на Европейската планета, за да изобразят планета няколко пъти по-голяма от масата на Юпитер в непосредствена близост до 2M1207 - кафяво джудже, разположено на около 200 светлинни години от Земята.

През 2005 г. допълнителни наблюдения потвърдиха орбитата на тази екзопланета около 2M1207. Някои обаче остават скептични, че това е първият случай на „Direct Imaging“, тъй като ниската светимост на кафявото джудже е това, което направи възможно откриването на планетата. Освен това, тъй като орбитира кафяво джудже, кара някои да твърдят, че газовият гигант не е подходяща планета.

През септември 2008 г. обект е изобразен с раздяла 330 AU около звездата-хост, 1RXS J160929.1? 210524 - който се намира на 470 светлинни години в съзвездието Скорпий. Едва през 2010 г. обаче бе потвърдено, че е планета и спътник на звездата.

На 13 ноември 2008 г. екип от астрономи обяви, че са заснели изображения на екзопланета, орбитираща звездата Фомалхаут, използвайки космическия телескоп Хъбъл. Откритието стана възможно благодарение на плътния диск от газ и прах, заобикалящ Фомалхаут, и острия вътрешен ръб, който подсказва, че една планета е изчистила отломки от пътя си.

Последващи наблюдения с Хъбъл произвеждат изображения на диска, което позволява на астрономите да намерят планетата. Друг допринасящ фактор е фактът, че тази планета, която е два пъти по-голяма от масата на Юпитер, е заобиколена от пръстенова система, която е няколко пъти по-дебела от пръстените на Сатурн, което кара планетата да свети доста ярко във визуална светлина.

В същия ден астрономите, използващи телескопите както от обсерваторията Кек, така и от обсерваторията Близнаци, обявиха, че са изобразили 3 планети в орбита HR 8799. Тези планети, които имат маса 10, 10 и 7 пъти по-голяма от тази на Юпитер, всички са били открити в инфрачервена връзка дължини на вълните. Това се дължи на факта, че HR 8799 е млада звезда и се смята, че планетите около нея все още задържат част от топлината на тяхното формиране.

През 2009 г. анализът на изображения, датиращи от 2003 г., разкри съществуването на планета в орбита на Beta Pictoris. През 2012 г. астрономите, използващи телескопа Subaru в обсерваторията Mauna Kea, обявиха изобразяването на „Супер-Юпитер“ (с 12,8 маси на Юпитер) в орбита на звездата Kappa Andromedae на разстояние около 55 AU (почти два пъти разстоянието на Нептун от Нептун Sun).

През годините са намерени и други кандидати, но досега те остават непотвърдени като планети и биха могли да бъдат кафяви джуджета. Общо 100 екзопланети са потвърдени с помощта на метода Direct Imaging (приблизително 0,3% от всички потвърдени екзопланети), а огромното мнозинство са газови гиганти, които орбитаха на големи разстояния от своите звезди.

Очаква се обаче това да се промени в близко бъдеще, тъй като телескопите от ново поколение и други технологии станат достъпни. Те включват наземни телескопи, оборудвани с адаптивна оптика, като телескопа на тридесет метра (TMT) и телескопа Magellan (GMT). Те включват и телескопи, които разчитат на коронографията (като космическия телескоп на Джеймс Уеб (JWST), където устройство вътре в телескопа се използва за блокиране на светлина от звезда.

Друг метод, който се разработва, е известен като „звезда“, устройство, което е разположено да блокира светлина от звезда, преди тя дори да влезе в телескоп. За космически телескоп, който търси екзопланети, един звезден сенник би бил отделен космически кораб, предназначен да се позиционира точно на точното разстояние и ъгъл, за да блокира звездната светлина от наблюдаваните звездни астрономи.

Имаме много интересни статии за лова на екзопланети тук в списание Space. Ето какво е методът на транзит ?, какъв е методът на радиалната скорост ?, какъв е методът на гравитационното микрокредизиране ?, и вселената на Кеплер: повече планети в нашата галактика, отколкото звезди.

Astronomy Cast също има някои интересни епизоди по темата. Ето епизод 367: Спицер прави екзопланети и епизод 512: Директно изображение на екзопланети.

За повече информация не забравяйте да разгледате страницата на НАСА за изследване на екзопланети, страницата на планетарното общество на екстрасоларните планети и архива на екзопланетите на НАСА / Калтех.

Източници: