ЧТО ТАКОЕ МЕТОД ПРЯМОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ?

Send

Добро пожаловать в последний выпуск нашей серии о методах охоты на экзопланету. Сегодня мы начнем с очень сложного, но очень многообещающего метода, известного как Direct Imaging.

За последние несколько десятилетий число планет, открытых за пределами нашей Солнечной системы, стремительно росло. По состоянию на 4 октября 2018 года в 2887 планетных системах было подтверждено в общей сложности 3869 экзопланет, а в 638 системах - несколько планет. К сожалению, из-за ограничений, с которыми астрономы были вынуждены бороться, подавляющее большинство из них было обнаружено с помощью косвенных методов.

До сих пор только несколько планет были обнаружены, когда были получены изображения, когда они вращаются вокруг своих звезд (иначе. Прямое изображение). Несмотря на сложность по сравнению с косвенными методами, этот метод является наиболее перспективным, когда речь идет о характеристике атмосферы экзопланет. До настоящего времени 100 планет были подтверждены в 82 планетных системах с использованием этого метода, и ожидается, что в ближайшем будущем будет найдено еще много планет.

Описание:

Как следует из названия, Direct Imaging состоит из непосредственного захвата изображений экзопланет, что возможно путем поиска света, отраженного от атмосферы планеты на инфракрасных длинах волн. Причина этого заключается в том, что на инфракрасных длинах волн звезда, вероятно, будет примерно в 1 миллион раз ярче, чем планета, отражающая свет, а не в миллиард раз (что обычно имеет место на визуальных длинах волн).

Одним из наиболее очевидных преимуществ Direct Imaging является то, что он менее подвержен ложным срабатываниям. Принимая во внимание, что Метод Транзита склонен к ложным срабатываниям в до 40% случаев, связанных с системой с одной планетой (что требует последующих наблюдений), планеты, обнаруженные с использованием метода Радиальной Скорости, требуют подтверждения (следовательно, почему он обычно связан с Методом Транзита) , Напротив, Direct Imaging позволяет астрономам видеть планеты, которые они ищут.

Хотя возможности использования этого метода редки, везде, где могут быть сделаны прямые обнаружения, он может предоставить ученым ценную информацию о планете. Например, изучая спектры, отраженные от атмосферы планеты, астрономы могут получить жизненно важную информацию о ее составе. Эта информация присуща характеристике экзопланеты и определению ее пригодности для обитания.

В случае с Fomalhaut b этот метод позволил астрономам больше узнать о взаимодействии планеты с протопланетным диском звезды, наложить ограничения на массу планеты и подтвердить наличие массивной кольцевой системы. В случае HR 8799 количество инфракрасного излучения, отраженного от атмосферы его экзопланеты (в сочетании с моделями формирования планет), обеспечило приблизительную оценку массы планеты.

Прямая визуализация лучше всего подходит для планет, которые имеют широкие орбиты и являются особенно массивными (например, газовые гиганты). Это также очень полезно для обнаружения планет, которые расположены «лицом к лицу», что означает, что они не проходят перед звездой относительно наблюдателя. Это делает его дополнительным к радиальной скорости, которая наиболее эффективна для обнаружения планет, которые находятся на грани, где планеты совершают транзиты своей звезды.

По сравнению с другими методами прямая визуализация довольно сложна из-за эффекта затенения света от звезды. Другими словами, очень трудно обнаружить свет, отражаемый от атмосферы планеты, когда ее родительская звезда намного ярче. В результате возможности прямой визуализации очень редки при использовании современных технологий.

По большей части планеты могут быть обнаружены с помощью этого метода только тогда, когда они вращаются на больших расстояниях от своих звезд или являются особенно массивными. Это делает его очень ограниченным, когда дело доходит до поиска земных (то есть «похожих на Землю») планет, которые движутся по орбите ближе к своим звездам (то есть в пределах обитаемой зоны их звезды). В результате этот метод не особенно полезен, когда речь идет о поиске потенциально обитаемых экзопланет.

Примеры прямых исследований изображений:

Первое обнаружение экзопланеты, выполненное с использованием этого метода, произошло в июле 2004 года, когда группа астрономов использовала массив очень больших телескопов (ESL) Европейской южной обсерватории (ESL) для изображения планеты, в несколько раз большей массы Юпитера, в непосредственной близости от 2M1207 - коричневый карлик, расположенный на расстоянии около 200 световых лет от Земли.

В 2005 году дальнейшие наблюдения подтвердили орбиту этой экзопланеты около 2М1207. Тем не менее, некоторые скептически относятся к тому, что это был первый случай «прямой визуализации», поскольку низкая яркость коричневого карлика и сделала возможным обнаружение планеты. Кроме того, поскольку он вращается вокруг коричневого карлика, некоторые утверждают, что газовый гигант не является подходящей планетой.

В сентябре 2008 года был получен снимок объекта с разнесением 330 а.е. вокруг его ведущей звезды 1RXS J160929.1 × 210524, которая находится в 470 световых годах от Земли в созвездии Скорпиона. Однако только в 2010 году было подтверждено, что это планета и спутник звезды.

13 ноября 2008 года группа астрономов объявила, что они сделали снимки экзопланеты, вращающейся вокруг звезды Фомальгаут, с помощью космического телескопа Хаббла. Открытие стало возможным благодаря толстому диску газа и пыли, окружающему Фомальгаут, и острому внутреннему краю, который свидетельствует о том, что планета очистила свой путь от мусора.

Последующие наблюдения с помощью Хаббла позволили получить изображения диска, которые позволили астрономам определить местонахождение планеты. Еще одним фактором, способствующим этому, является тот факт, что эта планета, которая в два раза больше массы Юпитера, окружена кольцевой системой, которая в несколько раз толще колец Сатурна, в результате чего планета довольно ярко светилась в визуальном свете.

В тот же день астрономы, использующие телескопы из Обсерватории Кека и Обсерватории Близнецов, объявили, что они изобразили 3 планеты, вращающиеся вокруг HR 8799. Эти планеты, масса которых в 10, 10 и 7 раз больше, чем у Юпитера, были обнаружены в инфракрасном диапазоне. длины волн. Это было связано с тем, что HR 8799 - молодая звезда, и планеты вокруг нее, как полагают, все еще сохраняют часть тепла своего образования.

В 2009 году анализ изображений, датированных 2003 годом, выявил существование планеты, вращающейся вокруг Бета-Пикторис. В 2012 году астрономы, использующие телескоп Subaru в обсерватории Мауна-Кеа, объявили о том, что «Супер-Юпитер» (с массой 12,8 Юпитера) вращается вокруг звезды Каппа Андромеды на расстоянии около 55 а.е. (почти вдвое больше, чем Нептун от Земли). Солнце).

Другие кандидаты были найдены за эти годы, но до сих пор они остаются неподтвержденными в виде планет и могут быть коричневыми карликами. В общей сложности 100 экзопланет были подтверждены методом прямой визуализации (примерно 0,3% всех подтвержденных экзопланет), и подавляющее большинство составляли газовые гиганты, которые вращались на больших расстояниях от своих звезд.

Однако ожидается, что это изменится в ближайшем будущем, когда появятся телескопы следующего поколения и другие технологии. К ним относятся наземные телескопы, оснащенные адаптивной оптикой, такие как Тридцатиметровый телескоп (TMT) и Магелланов телескоп (GMT). Они также включают в себя телескопы, основанные на коронографии (например, космический телескоп Джеймса Вебба (JWST), где устройство внутри телескопа используется для блокировки света от звезды.

Еще один метод, который разрабатывается, известен как «звездная тень», устройство, которое расположено, чтобы блокировать свет от звезды до того, как она попадет в телескоп. Для космического телескопа, ищущего экзопланеты, звездная тень была бы отдельным космическим кораблем, предназначенным для позиционирования себя на правильном расстоянии и под углом, чтобы блокировать звездный свет от звезд, наблюдаемых астрономами.

У нас есть много интересных статей об охоте на экзопланеты здесь, в журнале Space. Вот что такое метод транзита? Что такое метод радиальной скорости? Что такое метод гравитационного микролинзирования? И Вселенная Кеплера: планет в нашей Галактике больше, чем звезд.

У Astronomy Cast также есть несколько интересных эпизодов на эту тему. Вот Эпизод 367: Спитцер снимает экзопланеты и Эпизод 512: Прямая съемка экзопланет.

Для получения дополнительной информации обязательно посетите страницу НАСА по исследованию экзопланет, страницу Планетарного общества по внесолнечным планетам и архив экзопланет НАСА / Caltech.

Источники: