CO JE METODA PŘíMéHO ZOBRAZOVáNí?

Send

Vítejte zpět k poslední splátce v naší sérii metod lovu exoplanet. Dnes začínáme velmi obtížnou, ale velmi slibnou metodou známou jako Direct Imaging.

V posledních několika desetiletích počet planet objevených za naší sluneční soustavou vzrostl o skoky a meze. Ke 4. říjnu 2018 bylo v 2 887 planetárních systémech potvrzeno celkem 3 869 exoplanet, přičemž 638 systémů hostovalo více planet. Bohužel, kvůli omezením, které byli astronomové nuceni čelit, byla drtivá většina z nich detekována pomocí nepřímých metod.

Doposud bylo objeveno jen několik planet, které byly zobrazeny, když obíhaly kolem svých hvězd (aka. Direct Imaging). Přestože je tato metoda náročná ve srovnání s nepřímými metodami, je nejslibnější, pokud jde o charakterizaci atmosfér exoplanet. Dosud bylo touto metodou potvrzeno 100 planet v 82 planetárních systémech a očekává se, že v blízké budoucnosti bude nalezeno mnoho dalších.

Popis:

Jak název napovídá, Direct Imaging spočívá v přímém zachycení obrázků exoplanet, což je možné hledáním světla odraženého z atmosféry planety na infračervených vlnových délkách. Důvodem je to, že u infračervených vlnových délek bude hvězda pravděpodobně asi 1 miliónkrát jasnější než planeta odrážející světlo, spíše než miliardkrát (což je obvykle případ vizuálních vlnových délek).

Jednou z nejviditelnějších výhod přímého zobrazování je, že je méně náchylný k falešným pozitivům. Zatímco Tranzitní metoda je náchylná k falešným pozitivům až ve 40% případů zahrnujících systém jedné planety (vyžadující následná pozorování), planety detekované pomocí metody radiální rychlosti vyžadují potvrzení (proto je obvykle spárována s tranzitní metodou) . Naproti tomu přímé zobrazování umožňuje astronomům skutečně vidět planety, které hledají.

Přestože příležitosti k použití této metody jsou vzácné, všude tam, kde lze provádět přímé detekce, může vědcům poskytnout cenné informace o planetě. Například zkoumáním spektra odraženého od atmosféry planety mohou astronomové získat zásadní informace o svém složení. Tato informace je vlastní charakterizaci exoplanet a určení, zda je potenciálně obyvatelná.

V případě Fomalhaut b tato metoda umožnila astronomům dozvědět se více o interakci planety s protoplanetárním diskem hvězdy, klást omezení na hmotu planety a potvrdit přítomnost masivního prstencového systému. V případě HR 8799 poskytlo množství infračerveného záření odraženého z atmosféry exoplanetu (v kombinaci s modely planetární tvorby) hrubý odhad hmoty planety.

Přímé zobrazování funguje nejlépe pro planety, které mají široké oběžné dráhy a jsou zvláště masivní (jako jsou plynové obry). Je také velmi užitečná pro detekci planet, které jsou umístěny „face-on“, což znamená, že nepřecházejí před hvězdou vzhledem k pozorovateli. Díky tomu je doplňková k radiální rychlosti, která je nejúčinnější pro detekci planet, které jsou „okrajové“, kde planety dělají tranzity své hvězdy.

V porovnání s jinými metodami je přímé zobrazování poměrně obtížné, protože světlo zakrývající světlo má hvězdu. Jinými slovy, je velmi obtížné detekovat odraz světla od atmosféry planety, když je jeho mateřská hvězda mnohem jasnější. V důsledku toho jsou příležitosti pro přímé zobrazování pomocí současné technologie velmi vzácné.

Z velké části lze pomocí této metody zjistit planety pouze tehdy, pokud obíhají ve velké vzdálenosti od svých hvězd nebo jsou zvláště masivní. To je velmi omezené, pokud jde o vyhledávání pozemských planet (tzv. „Podobných Zemi“), které obíhají blíže k jejich hvězdám (tj. V obývatelné zóně jejich hvězdy). Výsledkem je, že tato metoda není zvláště užitečná, pokud jde o hledání potenciálně obývatelných exoplanet.

Příklady přímých zobrazovacích průzkumů:

K první detekci exoplanet provedené touto technikou došlo v červenci 2004, kdy skupina astronomů použila velmi rozsáhlý dalekohled (ESL) Evropské jižní observatoře (VLTA) k zobrazení planety několikrát větší hmotnosti Jupiteru v těsné blízkosti 2M1207 - hnědý trpaslík umístěný asi 200 světelných let od Země.

V roce 2005 další pozorování potvrdila oběžnou dráhu exoplanety kolem 2M1207. Někteří však zůstali skeptičtí, že se jednalo o první případ „přímého zobrazování“, protože nízká svítivost hnědého trpaslíka umožňovala detekci planety. Navíc, protože obíhá kolem hnědého trpaslíka, přiměl některé tvrdit, že plynový gigant není správná planeta.

V září 2008 byl objekt zobrazen se separací 330 AU kolem své hostitelské hvězdy, 1RXS J160929.1? 210524 - která se nachází ve Scorpiusově souhvězdí ve vzdálenosti 470 světelných let. Teprve v roce 2010 se však potvrdilo, že se jedná o planetu a společníka hvězdy.

Dne 13. listopadu 2008 tým astronomů oznámil, že pomocí Hubbleovho vesmírného dalekohledu zachytil snímky exoplanety obíhající kolem hvězdy Fomalhaut. Tento objev byl umožněn díky silnému disku plynu a prachu obklopujícího Fomalhaut a ostrému vnitřnímu okraji, který naznačuje, že planeta odstranila trosky z cesty.

Následná pozorování s Hubbleem vytvořily obrazy disku, které astronomům umožnily lokalizovat planetu. Dalším faktorem, který přispívá, je skutečnost, že tato planeta, která je dvakrát větší než hmotnost Jupiteru, je obklopena prstencovým systémem, který je několikrát tlustší než Saturnovy prsteny, což způsobilo, že planeta zářila v jasném světle docela jasně.

Ve stejný den astronomové používající dalekohledy z Keckovy observatoře a Geminiho observatoře oznámili, že zobrazili 3 planety obíhající kolem HR 8799. Všechny tyto planety, které mají hmotnosti 10, 10 a 7krát větší než Jupiter, byly detekovány v infračerveném světle vlnové délky. Toto bylo přičítáno skutečnosti, že HR 8799 je mladá hvězda a planety kolem ní jsou považovány za stále si zachovávají část tepla jejich tvorby.

V roce 2009 odhalila analýza obrázků z roku 2003 existenci planety obíhající kolem Beta Pictoris. V roce 2012 astronomové využívající dalekohled Subaru na observatoři Mauna Kea oznámili zobrazování „super-Jupiteru“ (s hmotností 12,8 Jupiteru) obíhajícího hvězdu Kappa Andromedae ve vzdálenosti asi 55 AU (téměř dvojnásobná vzdálenost Neptunu od Slunce).

V průběhu let byli nalezeni další kandidáti, ale dosud zůstávají nepotvrzeni jako planety a mohou to být hnědí trpaslíci. Celkově bylo pomocí metody přímého zobrazování potvrzeno 100 exoplanet (zhruba 0,3% všech potvrzených exoplanet) a drtivou většinu tvořili obři plynu, kteří obíhali ve velké vzdálenosti od svých hvězd.

Očekává se však, že se to v blízké budoucnosti změní, jakmile budou k dispozici dalekohledy nové generace a další technologie. Patří sem pozemní dalekohledy vybavené adaptivní optikou, jako je například třicetimetrový dalekohled (TMT) a Magellanův dalekohled (GMT). Zahrnují také dalekohledy, které se spoléhají na koronografii (jako je James Webb Space Telescope (JWST)), kde se zařízení uvnitř dalekohledu používá k blokování světla z hvězdy.

Další vyvíjená metoda je známá jako „hvězdný stín“, což je zařízení, které je umístěné tak, aby blokovalo světlo z hvězdy před tím, než vstoupí do dalekohledu. U kosmického dalekohledu, který hledá exoplanety, by hvězdný stín představoval samostatnou kosmickou loď navrženou tak, aby se umístila ve správné vzdálenosti a úhlu, aby blokoval hvězdné světlo hvězdných astronomů.

Máme mnoho zajímavých článků o lovu exoplanet zde ve Space Magazine. Zde je Co je to tranzitní metoda ?, Co je to metoda radiální rychlosti ?, Co je to gravitační microlensing metoda? A Keplerův vesmír: více planet v naší galaxii než hvězdy.

Astronomie Cast má také několik zajímavých epizod na toto téma. Tady je Episode 367: Spitzer dělá Exoplanets a Episode 512: Direct Imaging Exoplanets.

Pro více informací se podívejte na stránku NASA o průzkumu Exoplanet, stránku Planetary Society na Extrasolar Planets a Archiv NASA / Caltech Exoplanet.

Zdroje: