V posledních několika desetiletích exponenciálně vzrostl počet detekovaných a potvrzených extra solárních planet. V současné době byla v 2 818 planetárních systémech potvrzena existence 3 778 exoplanet, přičemž na potvrzení čeká dalších 2737 uchazečů. S tímto objemem planet dostupných pro studium se začalo zaměření výzkumu exoplanet přesouvat z detekce k charakterizaci.
Vědci se například stále více zajímají o charakterizaci atmosféry exoplanet, aby mohli s jistotou říci, že mají pro život ty správné složky (tj. Dusík, oxid uhličitý atd.). Při současných metodách je to bohužel velmi obtížné. Podle nové studie mezinárodního týmu astronomů však budou nástroje příští generace, které se spoléhají na přímé zobrazování, změnit.
Studie „Přímé zobrazování v odraženém světle: charakterizace starších, mírných exoplanet s 30 m dalekohledy“ se nedávno objevila online. Studii vedli Michael Fitzgerald a Ben Mazin - docent astrofyziky na kalifornské univerzitě v Los Angeles (UCLA) a Nejstarší předseda experimentální fyziky na kalifornské univerzitě Santa Barbara (UCSB).
Připojili se k nim vědci z Montrealského institutu pro výzkum exoplanet (iREX), NASA Jet Propulsion Laboratory, Carnegie Observatories, Steward Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kalifornie Technologický institut (Caltech) a více univerzit.
Jak ukazují ve své studii, naše schopnosti charakterizovat exoplanety jsou v současné době omezené. Například naše současné metody - nejčastěji používanou metodou Transit Method a Radial Velocity - vedly k objevení tisíců krátkodobých planet (planety, které obíhají blízko svých sluncí po dobu asi 10 dnů). Citlivost těchto metod však začíná klesat podstatně, čím dále je exoplanet od svého slunce.
A co víc, dlouhodobé planety jsou také z velké části nepřístupné, pokud jde o jejich spektra. Tento typ analýzy zahrnuje měření světla, které prochází atmosférou planety při průchodu z její hvězdy. Měřením jeho spekter, aby se určilo jeho složení, mohou vědci charakterizovat atmosféru exoplanety a určit, zda by planeta mohla být ve skutečnosti obyvatelná.
Za tímto účelem tým navrhuje, aby přímá detekce (aka. Direct imaging) byla účinnější metodou charakterizace atmosfér exoplanet. Jak Dr. Étienne Artigau, badatelka iREX a spoluautorka studie, vysvětlila časopisu Space Magazine e-mailem (přeloženo z francouzštiny)
„Ve„ odraženém světle “nebyla dosud nalezena žádná planeta. Když vidíme planety naší sluneční soustavy, můžeme je vidět proto, že jsou osvětleny Sluncem. Stejně tak planety ostatních hvězd odrážejí světlo a musí být možné detekovat toto světlo pomocí dostatečně výkonného dalekohledu. Poměr toků mezi planetami a jejich hvězdami je obrovský, řádově 1 miliarda, ve srovnání s planetami detekovanými jejich tepelnou emisí, nebo je tento poměr spíše řádově 1 milion. “
V současné době je přímé zobrazování jediným prostředkem k získání spektra nepřechodných exoplanet, zejména těch, které jsou ve střední a velké vzdálenosti od svých sluncí. V tomto případě astronomové získají spektra ze světla odraženého od atmosféry exoplanety, aby určili jeho složení. Dosud bylo přímo zobrazeno pouze několik exoplanet, z nichž všechny byly samosvětelné super-Jupitery, které obíhaly kolem svých hostitelských hvězd ve vzdálenosti stovek či tisíc AU.
Tyto planety byly velmi mladé a měly teploty vyšší než 500 ° C (932 ° F), což z nich činí poměrně vzácnou třídu planet. V důsledku toho nemají astronomové žádné informace o rozmanitosti exoplanetových atmosfér, zejména pokud jde o menší, skalnaté planety, které mají teploty více podobné teplotám Země - kde jsou povrchové teploty průměrně kolem 15 ° C (58,7 ° F).
Důvodem je skutečnost, že stávající dalekohledy prostě nemají citlivost k přímému zobrazení menších planet, které obíhají blíže ke hvězdám. Jak určili ve své studii, charakterizace atmosféry planet, které jsou ve vzdálenosti 5 AU od jejich hvězd (kde průzkumy radiální rychlosti odhalily mnoho planet), by vyžadovalo dalekohled s 30metrovou clonou kombinovanou s pokročilou adaptivní optikou, koronografem a sada spektrometrů a obrázků.
"Stručně řečeno, žádný současný dalekohled nedokáže detekovat tyto planety, dokonce ani kolem hvězd, které jsou nám nejblíže, ale existuje každý důvod se domnívat, že příští generace dalekohledů o průměru 30 ma více bude schopna tak učinit," řekl Artiqua. "Není jisté, že člověk bude zpočátku schopen detekovat planety jako Země, ale alespoň jeden by měl být schopen detekovat planety srovnatelné s Uranem a Neptunem, což by již bylo vynikajícím výsledkem."
Mezi taková zařízení příští generace a nástroje adaptivní optiky patří Planetární systémy Imager (PSI) na třicetimetrovém dalekohledu (TMT), který je navržen pro výstavbu na Mauna Kea na Havaji. Na Giant Magellan Telescope (GMT) je také nástroj GMagAO-X, který je v současné době ve výstavbě v observatoři Las Campanas a jeho dokončení je naplánováno na rok 2025.
Jak Artigau naznačil, průzkumy prováděné s těmito nástroji příští generace umožní astronomům detekovat a charakterizovat širší škálu planet a také hledat možné známky života (aka. Biosignatury), jako nikdy předtím:
"To nám umožní přímo studovat světlo přicházející z planet o něco větší než Země (a možná jako Země, pokud jsme optimističtí)." To je jedna z našich nejlepších šancí hledat životní podpisy v těchto atmosférách. I když nenajdeme životní podpis, umožní to pochopit celé třídy planety, které vidíme nepřímo (tranzity, radiální rychlost), ale o nichž nic nevíme… Důležitost přímého zobrazování je, že umožňuje přímou sondu atmosféru a dokonce i povrch těchto planet. Přidání spektrografu s vysokým rozlišením také poskytuje představu o větrech a globální cirkulaci větru a také o zjišťování přítomnosti různých molekul. “
Samozřejmě budou stále existovat meze toho, co se vědci mohou naučit pomocí metody přímého zobrazování, a to i s těmito nástroji a dalekohledy nové generace, které mají k dispozici. Možnosti a důsledky pro výzkum exoplanet však nejsou ničím ohromným. Pro začátek by astronomové dokázali získat lepší představu o demografii menších skalních planet, které obíhají v obývatelných zónách svých hvězd.
"Detekce" potenciálně obyvatelných "planet je zde určitě nejzajímavějším případem, ale je důležité mít na paměti, že i přes 30m dalekohled zůstane docela obtížný," řekl Artigua. "Když provedeme statistickou předpověď, mělo by existovat pouze několik (pravděpodobně méně než 10) pozemských planet, které budou přístupné a budou mít teplotu srovnatelnou s naší."
V rámci této řady planet si Artigau a jeho kolegové dokážou představit řadu zajímavých scénářů. Například některé mohou být podobné Venuši, kde hustá atmosféra a relativně blízká oběhová dráha mají za následek útěk skleníkového efektu. Jiní mohou být jako Mars, kde sluneční vítr nebo erupce zbavily atmosféru planet. Kromě toho mohou existovat pozemské planety, které si ani nedokážeme představit.
"Stručně řečeno, obyvatelné planety dokázaly mít mnohem větší představivost než my," uzavřel doktor Artiqau. "Tato rozmanitost exoplanet také znamená, že musíme být opatrní, když předpovídáme, že bude obyvatelná."
"[Pointa] je, že můžeme dělat úžasné věci ve studiu exoplanet ze země pomocí 30m dalekohledů, ale k přípravě těchto nástrojů pro 30m dalekohledy je zapotřebí značných investic do technologie," dodal Mazin.
Studie byla umožněna díky další pomoci poskytnuté Národní radou pro výzkum v Kanadě (NRC) a společností GTO Magellan Telescope Organization (GMTO).
