ЩО ТАКЕ МЕТОД ПРЯМОГО ЗОБРАЖЕННЯ?

Send

Ласкаво просимо повернутися до останньої партії нашої серії про методи полювання на екзопланети. Сьогодні ми розпочнемо з дуже важкого, але дуже перспективного методу, відомого як Direct Imaging.

За останні кілька десятиліть кількість планет, виявлених за межами нашої Сонячної системи, зростала не по днях, а по днях. Станом на 4 жовтня 2018 року в 2887 планетарних системах було підтверджено 3 869 екзопланет, у яких 638 систем розміщують кілька планет. На жаль, через обмеження, з якими змушені боротися астрономи, переважна більшість з них були виявлені за допомогою непрямих методів.

Поки лише було виявлено декілька планет, зображених на орбіті зірок (ака. Пряме зображення). Хоча складний порівняно з непрямими методами, цей метод є найбільш перспективним, коли йдеться про характеристику атмосфери екзопланет. Поки що в 82 планетарних системах за допомогою цього методу було підтверджено 100 планет, і очікується, що найближчим часом буде знайдено ще багато.

Опис:

Як випливає з назви, Direct Imaging складається із прямого зйомки зображень екзопланет, що можливо шляхом пошуку світла, відбитого від атмосфери планети, на інфрачервоній довжині хвилі. Причина цього полягає в тому, що при інфрачервоній довжині хвилі зірка, ймовірно, буде приблизно в 1 мільйон разів яскравішою, ніж планета, що відбиває світло, а не в мільярд разів (що, як правило, відбувається при візуальних довжинах хвиль).

Однією з найбільш очевидних переваг Direct Imaging є те, що він менш схильний до помилкових позитивних результатів. Тоді як метод транзиту схильний до помилкових спрацьовувань у 40% випадків, що стосуються єдиної планети (потребують подальшого спостереження), планети, виявлені методом радіальної швидкості, потребують підтвердження (отже, чому він зазвичай поєднується з методом транзиту) . На відміну від цього, Direct Imaging дозволяє астрономам реально бачити планети, які вони шукають.

Незважаючи на те, що можливості використання цього методу є рідкісними, де б не було здійснено пряме виявлення, він може надати вченим цінну інформацію про планету. Наприклад, досліджуючи спектри, відбиті від атмосфери планети, астрономи можуть отримати важливу інформацію про її склад. Ця інформація є властивою характеристиці екзопланет та визначає, чи є вона потенційно придатною для проживання.

У випадку Фомальхаута b, цей метод дозволив астрономам дізнатися більше про взаємодію планети з протопланетним диском зірки, встановити обмеження на масу планети та підтвердити наявність масивної кільцевої системи. У випадку HR 8799 кількість інфрачервоного випромінювання, відбитого від атмосфери його екзопланети (у поєднанні з моделями планетарного формування), дала приблизну оцінку маси планети.

Direct Imaging найкраще працює для планет, які мають широкі орбіти і особливо масивні (наприклад, газові гіганти). Це також дуже корисно для виявлення планет, які розташовані «обличчям», тобто вони не проходять перед зіркою відносно спостерігача. Це робить його вітальним з радіальною швидкістю, що найбільш ефективно для виявлення планет, які знаходяться «на межі», де планети здійснюють транзити своєї зірки.

У порівнянні з іншими методами прямого зображення досить складно через неяскравий ефект від зірки. Іншими словами, дуже важко виявити, що світло відбивається від атмосфери планети, коли його материнська зірка настільки яскравіша. Як наслідок, можливості для прямого візуалізації дуже рідкісні за допомогою сучасних технологій.

Здебільшого планети можна виявити за допомогою цього методу лише тоді, коли вони орбітують на великих відстанях від зірок або є особливо масивними. Це робить його дуже обмеженим, коли йдеться про пошук наземних (т.зв. "землеподібних") планет, які орбітують ближче до зірок (тобто в зоні проживання їх зірки). Як результат, цей метод не є особливо корисним, коли йдеться про пошук потенційно проживаючих екзопланет.

Приклади досліджень прямого зображення:

Перше виявлення екзопланет, зроблене за допомогою цієї методики, відбулося в липні 2004 року, коли група астрономів використовувала дуже великий телескопний масив (VLTA) Європейської Південної Обсерваторії (VLTA) для зображення планети в кілька разів більше маси Юпітера в безпосередній близькості від 2M1207 - бурий карлик, розташований приблизно за 200 світлових років від Землі.

У 2005 році подальші спостереження підтвердили орбіту цієї екзопланети близько 2М1207. Однак дехто залишається скептичним, що це був перший випадок «Прямого зображення», оскільки низька освітленість бурого гнома була тим, що зробило можливим виявлення планети. Крім того, оскільки він орбіти коричневого карлика, змусив деяких стверджувати, що газовий гігант - не належна планета.

У вересні 2008 року було зображено об'єкт з відокремленням 330 АС навколо його зірки-хоста, 1RXS J160929.1? 210524 - який розташований на відстані 470 світлових років у сузір'ї Скорпія. Однак лише в 2010 році було підтверджено, що вона є планетою і супутником зірки.

13 листопада 2008 р. Команда астрономів оголосила, що за допомогою космічного телескопа Хаббла вони зняли зображення екзопланети, яка оберталася навколо зірки Фомалхаут. Відкриття стало можливим завдяки товстому диску газу та пилу, що оточував Фомальгаут, і гострому внутрішньому краю, що говорить про те, що планета очистила сміття зі свого шляху.

Подальші спостереження з Хабблом створили зображення диска, що дозволило астрономам знайти планету. Ще одним фактором, що сприяє, є той факт, що ця планета, що вдвічі перевищує масу Юпітера, оточена кільцевою системою, яка в кілька разів товща кілець Сатурна, що спричинило планету досить яскраво світитися у візуальному світлі.

Того ж дня астрономи, що користувалися телескопами як з обсерваторії Кека, так і з обсерваторії Близнюків, оголосили, що вони зобразили 3 планети, що обертаються навколо HR 8799. довжини хвиль. Це пояснюється тим, що HR 8799 - молода зірка, а планети навколо неї, як вважається, все ще зберігають частину тепла свого становлення.

У 2009 році аналіз знімків, що відносяться до 2003 року, показав існування планети, що обертається навколо Beta Pictoris. У 2012 році астрономи, що використовували телескоп Subaru в обсерваторії Мауна-Кеа, оголосили знімок "Супер-Юпітера" (з масою 12,8 Юпітера) на орбіті зірки Каппа Андромеда на відстані близько 55 АС (майже вдвічі відстань Нептуна від Нептуна Сонце).

Інші кандидати були знайдені роками, але поки що вони залишаються непідтвердженими як планети і можуть бути коричневими карликами. Загалом було підтверджено 100 екзопланет методом прямого зображення (приблизно 0,3% всіх підтверджених екзопланет), і переважна більшість були газовими гігантами, які орбітували на великих відстанях від зірок.

Однак очікується, що найближчим часом це зміниться, коли телескопи нового покоління та інші технології стануть доступними. До них відносяться наземні телескопи, оснащені адаптивною оптикою, такі як телескоп тридцять метрів (TMT) та телескоп Magellan (GMT). Вони також включають телескопи, які покладаються на коронаграфію (наприклад, космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), де пристрій всередині телескопа використовується для блокування світла від зірки.

Інший метод, який розробляється, відомий як «зоряний відтінок» - пристрій, який може блокувати світло від зірки ще до того, як він навіть потрапить у телескоп. Для космічного телескопа, який шукає екзопланети, зоряний щит був би окремим космічним апаратом, призначеним для позиціонування на точно потрібній відстані та куті, щоб блокувати зоряне світло від зіркових астрономів, які спостерігали.

У нас є багато цікавих статей про полювання на екзопланети. Ось що таке метод транзиту ?, що таке метод радіальної швидкості ?, що таке метод гравітаційного мікрокремізування ?, і всесвіт Кеплера: більше планет у нашій Галактиці, ніж зірки.

Астрономічна роля також має кілька цікавих епізодів на цю тему. Ось Епізод 367: Спітцер виконує екзопланети та Епізод 512: Пряме зображення екзопланет.

Для отримання додаткової інформації не забудьте ознайомитись із сторінкою НАСА щодо дослідження екзопланет, сторінкою Планетарного товариства на екстрасолярних планетах та архівом екзопланет NASA / Caltech.

Джерела: