Добро пожаловать в нашу серию о методах Exoplanet-Hunting! Сегодня мы рассмотрим любопытный и уникальный метод, известный как гравитационная микролинзация.
Охота на солнечные планеты наверняка накалилась в последнее десятилетие. Благодаря усовершенствованиям в технологии и методологии количество наблюдаемых экзопланет (по состоянию на 1 декабря 2017 года) достигло 3710 планет в 2780 звездных системах, причем система 621 может похвастаться несколькими планетами. К сожалению, из-за различных ограничений, с которыми вынуждены бороться астрономы, подавляющее большинство было обнаружено косвенными методами.
Один из наиболее часто используемых методов косвенного обнаружения экзопланет известен как гравитационная микролинзация. По сути, этот метод основан на гравитационной силе удаленных объектов, чтобы изгибать и фокусировать свет, исходящий от звезды. Когда планета проходит перед звездой относительно наблюдателя (то есть совершает транзит), измеримый свет падает, что затем может быть использовано для определения присутствия планеты.
В этом отношении гравитационное микролинзирование - это уменьшенная версия гравитационного лицензирования, где промежуточный объект (например, галактический кластер) используется для фокусировки света, исходящего от галактики или другого объекта, расположенного за ее пределами. Он также включает ключевой элемент высокоэффективного Транзитного метода, где звезды проверяются на предмет падения яркости, чтобы указать наличие экзопланеты.
Описание:
В соответствии с теорией общей теории относительности Эйнштейна гравитация заставляет ткань пространства-времени изгибаться. Этот эффект может вызвать искажение или изгиб света, на который влияет гравитация объекта. Он также может выступать в роли линзы, заставляя свет становиться более сфокусированным, а удаленные объекты (например, звезды) кажутся наблюдателю ярче. Этот эффект возникает только тогда, когда две звезды почти точно выровнены относительно наблюдателя (то есть одна расположена перед другой).
Эти «события линзирования» кратки, но многочисленны, поскольку Земля и звезды в нашей галактике всегда движутся относительно друг друга. За прошедшее десятилетие наблюдалось более тысячи таких событий, которые обычно длились несколько дней или недель. Фактически, этот эффект был использован сэром Артуром Эддингтоном в 1919 году, чтобы предоставить первое эмпирическое доказательство общей теории относительности.
Это произошло во время солнечного затмения 29 мая 1919 года, когда Эддингтон и научная экспедиция отправились на остров Принсипи у побережья Западной Африки, чтобы сфотографировать звезды, которые теперь были видны в области вокруг Солнца. Фотографии подтвердили предсказание Эйнштейна, показав, как свет от этих звезд был слегка смещен в ответ на гравитационное поле Солнца.
Эта техника была первоначально предложена астрономами Шуде Мао и Богданом Пачинским в 1991 году как средство поиска двойных спутников к звездам. Их предложение было уточнено Энди Гулдом и Абрахамом Лоебом в 1992 году как метод обнаружения экзопланет. Этот метод наиболее эффективен при поиске планет по направлению к центру галактики, так как галактическая выпуклость обеспечивает большое количество фоновых звезд.
Преимущества:
Микролинзирование - единственный известный метод, способный обнаруживать планеты на действительно больших расстояниях от Земли и способный обнаружить самые маленькие из экзопланет. В то время как метод радиальной скорости эффективен при поиске планет на расстоянии до 100 световых лет от Земли, а транзитная фотометрия может обнаружить планеты за сотни световых лет от нас, микролинзирование может обнаружить планеты, находящиеся за тысячи световых лет.
В то время как большинство других методов имеют смещение обнаружения в сторону меньших планет, метод микролинзирования является наиболее чувствительным средством обнаружения планет, которые находятся на расстоянии 1-10 астрономических единиц (AU) от звезд, подобных Солнцу. Микролинзирование также является единственным проверенным средством обнаружения планет малой массы на более широких орбитах, где и метод транзита, и радиальная скорость неэффективны.
Взятые вместе, эти преимущества делают микролинзирование наиболее эффективным методом нахождения планет, подобных Земле, вокруг звезд, похожих на Солнце. Кроме того, микролинзовые обследования могут быть эффективно установлены с использованием наземных средств. Подобно транзитной фотометрии, метод микролинзирования выигрывает от того факта, что его можно использовать для одновременной съемки десятков тысяч звезд.
Недостатки:
Поскольку события микролинзирования являются уникальными и не подлежат повторению, любые планеты, обнаруженные с помощью этого метода, больше не будут наблюдаться. Кроме того, те планеты, которые обнаружены, имеют тенденцию быть очень далекими, что делает последующие исследования практически невозможными. К счастью, для обнаружения микролинзирования обычно не требуются последующие обследования, поскольку они имеют очень высокое отношение сигнал / шум.
Хотя подтверждение не требуется, некоторые события микролинзирования планеты были подтверждены. Планетарный сигнал для события OGLE-2005-BLG-169 был подтвержден наблюдениями HST и Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Кроме того, исследования микролинзирования могут давать только приблизительные оценки расстояния до планеты, оставляя значительные поля для ошибок.
Микролинзирование также не может дать точных оценок орбитальных свойств планеты, поскольку единственной орбитальной характеристикой, которая может быть непосредственно определена с помощью этого метода, является текущая полуглавная ось планеты. Таким образом, планеты с эксцентричной орбитой будут обнаруживаться только для крошечной части ее орбиты (когда она находится далеко от своей звезды).
Наконец, микролинзирование зависит от редких и случайных событий - прохождения одной звезды точно перед другой, как видно с Земли - что делает обнаружения как редкими, так и непредсказуемыми.
Примеры гравитационных микролинзовых исследований:
Исследования, основанные на методе микролинзирования, включают эксперимент по оптическому гравитационному лицензированию (OGLE) в Варшавском университете. Во главе с Анджеем Удальски, директором Астрономической обсерватории Университета, этот международный проект использует 1,3-метровый телескоп «Варшава» в Лас-Кампанасе, Чили, для поиска событий микролинзирования в поле из 100 звезд вокруг галактической выпуклости.
Существует также группа «Микролинзированные наблюдения в астрофизике» (MOA), совместная работа исследователей из Новой Зеландии и Японии. Возглавляемая профессором Ясуши Мураки из Университета Нагоя, эта группа использует метод микролинзирования для проведения исследований темной материи, планет вне Солнца и звездных атмосфер южного полушария.
Кроме того, есть сеть зондирования аномалий зондирования (PLANET), которая состоит из пяти 1-метровых телескопов, распределенных по южному полушарию. В сотрудничестве с RoboNet этот проект способен обеспечить почти непрерывные наблюдения за событиями микролинзирования, вызванными планетами с такими же низкими, как у Земли массами.
Наиболее чувствительным исследованием на сегодняшний день является Корейская сеть телескопирования с микролинзированием (KMTNet), проект, начатый Корейским институтом астрономии и космических наук (KASI) в 2009 году. KMTNet использует приборы в трех южных обсерваториях для обеспечения круглосуточного непрерывного мониторинга Галактическая выпуклость, ищущая события микролинзирования, которые укажут путь планетам земной массы, вращающимся вокруг их звездных обитаемых зон.
Мы написали много интересных статей об обнаружении экзопланет здесь, в журнале Space. Вот что такое «Дополнительные солнечные планеты», «Что такое транзитный метод?», «Что такое метод радиальной скорости?», «Что такое гравитационное лицензирование»? и вселенная Кеплера: планет в нашей галактике больше, чем звезд
Для получения дополнительной информации обязательно посетите страницу НАСА по исследованию экзопланет, страницу Планетарного общества по внесолнечным планетам и архив экзопланет НАСА / Caltech.
У Astronomy Cast также есть соответствующие эпизоды на эту тему. Вот Эпизод 208: Космический телескоп Спитцера, Эпизод 337: Фотометрия, Эпизод 364: Миссия CoRoT и Эпизод 367: Спитцер Делает Экзопланеты.
Источники:
- НАСА - 5 способов найти планету
- Планетарное общество - микролинзирование
- Википедия - Методы обнаружения экзопланет
