Vítejte zpět v naší sérii metod lovu exoplanet! Dnes se podíváme na zvědavou a jedinečnou metodu známou jako gravitační mikrolensing.
Lov za extra solárními planetami se v posledních deseti letech jistě zahřál. Díky vylepšením v technologii a metodice dosáhl počet pozorovaných exoplanet (k 1. prosinci 2017) 3 710 planet ve 2 780 hvězdných systémech, přičemž 621 systémů se může pochlubit více planetami. Bohužel, kvůli různým limitům, které jsou astronomové nuceni zápasit, byla velká většina objevena pomocí nepřímých metod.
Jedna z běžně používaných metod pro nepřímou detekci exoplanet je známá jako gravitační mikrolensing. Tato metoda se v zásadě opírá o gravitační sílu vzdálených objektů, aby ohnaly a zaostřily světlo přicházející z hvězdy. Když planeta prochází před hvězdou vzhledem k pozorovateli (tj. Vytváří tranzit), světlo měřitelně klesá, což pak může být použito ke stanovení přítomnosti planety.
V tomto ohledu je gravitační microlensing zmenšenou verzí gravitačního objektivu, kde se intervenující objekt (jako shluk galaxie) používá k zaostření světla přicházejícího z galaxie nebo jiného objektu umístěného za ní. Zahrnuje také klíčový prvek vysoce účinné metody tranzitu, kde jsou hvězdy monitorovány na poklesy jasu, což ukazuje na přítomnost exoplanety.
Popis:
V souladu s Einsteinovou teorií obecné relativity způsobuje gravitace ohýbání struktury časoprostoru. Tento efekt může způsobit zkreslení nebo ohnutí světla ovlivněného gravitací objektu. Může také působit jako čočka, což způsobí, že se světlo více soustředí a způsobí, že se vzdálenější objekty (jako hvězdy) budou pro pozorovatele jasnější. K tomuto účinku dochází pouze tehdy, když jsou dvě hvězdy téměř přesně vyrovnány vzhledem k pozorovateli (tj. Jedna je umístěna před druhou).
Tyto „čočkové události“ jsou krátké, ale hojné, protože Země a hvězdy v naší galaxii se stále pohybují vůči sobě navzájem. V posledním desetiletí bylo pozorováno více než tisíc takových událostí a obvykle trvala několik dní nebo týdnů najednou. Ve skutečnosti tento efekt použil Sir Arthur Eddington v roce 1919 jako první empirický důkaz pro obecnou relativitu.
Stalo se to během zatmění Slunce 29. května 1919, kdy Eddington a vědecká expedice odcestovali na ostrov Principe u pobřeží západní Afriky, aby vyfotografovali hvězdy, které byly nyní vidět v oblasti kolem Slunce. Fotografie potvrdily Einsteinovu předpověď tím, že ukazují, jak se světlo z těchto hvězd mírně posunulo v reakci na gravitační pole Slunce.
Tuto techniku původně navrhli astronomové Shude Mao a Bohdan Paczynski v roce 1991 jako prostředek k hledání binárních společníků ke hvězdám. Jejich návrh byl zpřesněn Andy Gouldem a Abrahamem Loebem v roce 1992 jako metoda detekce exoplanet. Tato metoda je nejúčinnější při hledání planet směrem do středu galaxie, protože galaktická boule poskytuje velké množství hvězd pozadí.
Výhody:
Mikročočky jsou jedinou známou metodou schopnou objevovat planety ve skutečně velkých vzdálenostech od Země a dokážou najít nejmenší z exoplanet. Zatímco metoda radiální rychlosti je účinná při hledání planet vzdálených až 100 světelných let od Země a tranzitní fotometrie dokáže detekovat planety stovky světelných let daleko, mikročočky mohou najít planety vzdálené tisíce světelných let.
Zatímco většina ostatních metod má detekční zaujatost vůči menším planetám, metoda microlensing je nejcitlivějším prostředkem k detekci planet, které jsou asi 1-10 astronomických jednotek (AU) od hvězd podobných Slunci. Mikročočky jsou také jediným osvědčeným prostředkem k detekci nízkohmotných planet na širších drahách, kde je jak tranzitní metoda, tak radiální rychlost neúčinná.
Dohromady tyto výhody dělají z mikročoček nejúčinnější metodu pro nalezení planet podobných Zemi kolem hvězd podobných Slunci. Kromě toho lze mikropočítačové průzkumy efektivně zavést pomocí pozemních zařízení. Stejně jako u tranzitní fotometrie i metoda microlensing těží ze skutečnosti, že ji lze použít ke sledování desítek tisíc hvězd současně.
Nevýhody:
Protože události microlensing jsou jedinečné a nelze je opakovat, žádné planety detekované touto metodou nebudou znovu pozorovatelné. Kromě toho tyto detekované planety bývají velmi daleko, což prakticky znemožňuje následné vyšetřování. Naštěstí detekce mikročoček obecně nevyžadují následné průzkumy, protože mají velmi vysoký poměr signál-šum.
I když není nutné potvrzení, byly potvrzeny některé události týkající se planetárních mikročoček. Planetární signál pro událost OGLE-2005-BLG-169 byl potvrzen pozorováním HST a Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Průzkumy mikročoček navíc mohou vést pouze k hrubým odhadům vzdálenosti planety a zanechat značné rezervy kvůli chybám.
Mikročočky také nemohou poskytnout přesné odhady orbitálních vlastností planety, protože jedinou orbitální charakteristikou, kterou lze přímo určit touto metodou, je současná poloosvětlová osa planety. Planeta s excentrickou oběžnou dráhou bude tedy detekovatelná pouze pro malou část své oběžné dráhy (je-li daleko od své hvězdy).
Konečně je mikrolenzování závislé na vzácných a náhodných událostech - průchodu jedné hvězdy přesně před druhou, jak je vidět ze Země - což způsobuje, že detekce jsou vzácné i nepředvídatelné.
Příklady gravitačních průzkumů microlensing:
Průzkumy, které se spoléhají na metodu microlensing, zahrnují experiment optického gravitačního objektivu (OGLE) na varšavské univerzitě. Tento mezinárodní projekt vedený Andrzejem Udalským, ředitelem Astronomické observatoře univerzity, využívá 1,3 metru „varšavského“ dalekohledu v Las Campanas v Chile, aby vyhledával události mikročoček v poli 100 hvězd kolem galaktické boule.
Existuje také skupina Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), spolupráce mezi výzkumnými pracovníky na Novém Zélandu a Japonsku. Tato skupina, vedená profesorem Yasushi Muraki z Nagoya University, používá metodu Microlensing k provádění průzkumů temné hmoty, extra solárních planet a hvězdných atmosfér z jižní polokoule.
A pak je tu Probwork Lensing Anomalies NETwork (PLANET), který se skládá z pěti 1 metrových dalekohledů rozmístěných po jižní polokouli. Ve spolupráci s RoboNet je tento projekt schopen poskytovat téměř nepřetržitá pozorování mikrolensingových událostí způsobených planetami s hmotami tak nízkými jako Země.
Nejcitlivějším dosavadním průzkumem je síť korejských microlensing Telescope Network (KMTNet), projekt iniciovaný Korejským astronomickým a kosmickým vědeckým institutem (KASI) v roce 2009. KMTNet se spoléhá na nástroje ve třech jižních observatořích, aby poskytoval nepřetržité nepřetržité sledování Galaktická boule, hledající microlensingové události, které budou směřovat k planetám planety Země obíhajícím jejich obývatelné zóny.
Zde jsme v Space Magazine napsali mnoho zajímavých článků o detekci exoplanet. Zde je Co jsou extra solární planety ?, Co je to tranzitní metoda ?, Co je to metoda radiální rychlosti? a Keplerův vesmír: více planet v naší galaxii než hvězdy
Pro více informací se podívejte na stránku NASA o průzkumu Exoplanet, stránku Planetary Society na Extrasolar Planets a Archiv NASA / Caltech Exoplanet.
Astronomie Cast má také relevantní epizody na toto téma. Zde je epizoda 208: kosmický dalekohled Spitzer, epizoda 337: fotometrie, epizoda 364: mise CoRoT a epizoda 367: Spitzer does Exoplanets.
Zdroje:
- NASA - 5 způsobů, jak najít planetu
- Planetární společnost - Microlensing
- Wikipedia - Metody detekce exoplanet
