Tere tulemast tagasi meie Exoplanet-jahimeetodite sarja! Täna vaatleme uudishimulikku ja ainulaadset meetodit, mida tuntakse kui Gravitational Microlensing.
Päikeseväliste planeetide jaht on viimase kümnendi jooksul kindlasti kuumenenud. Tänu tehnoloogia ja metoodika täiustustele on täheldatud eksoplaneetide arv (1. detsembri 2017 seisuga) jõudnud 2710 tähesüsteemis 3710 planeedile, 621 süsteemil on mitu planeeti. Kahjuks on mitmesuguste piiride tõttu astronoomid sunnitud võitlema, enamik neist on avastatud kaudsete meetoditega.
Üks kõige sagedamini kasutatavaid meetodeid eksoplaneetide kaudseks tuvastamiseks on Gravitational Microlensing. Põhimõtteliselt põhineb see meetod tähelt tuleva valguse painutamisel ja fokuseerimisel kaugete objektide gravitatsioonijõul. Kui planeet möödub vaatleja suhtes tähe ees (st teeb transiidi), siis sumbub valgus mõõdetavalt, mida saab seejärel kasutada planeedi olemasolu kindlakstegemiseks.
Selles suhtes on Gravitatsiooniline mikrolensing vähendatud versioon gravitatsioonilisest objektiivist, kus sekkuvat objekti (näiteks galaktikaparve) kasutatakse galaktikast või muust objektist tuleva valguse fokuseerimiseks. See sisaldab ka ülitõhusa transiidimeetodi põhielementi, mille puhul tähtede heleduse languse osas jälgitakse eksoplaneedi olemasolu.
Kirjeldus:
Vastavalt Einsteini üldrelatiivsusteooriale põhjustab gravitatsioon kosmoseaja kanga paindumist. See efekt võib põhjustada objekti raskusastmest mõjutatud valguse moonutamist või painutamist. See võib toimida ka objektiivina, põhjustades valguse fokuseerimise ja muutes kauged objektid (näiteks tähed) vaatleja jaoks heledamaks. See efekt ilmneb ainult siis, kui kaks tähte on vaatleja suhtes peaaegu täpselt joondatud (st üks asetseb teise ees).
Need "objektiivisündmused" on lühikesed, kuid küllaga, kuna Maa ja tähed meie galaktikas liiguvad alati üksteise suhtes. Viimase kümnendi jooksul on täheldatud üle tuhande sellise sündmuse, mis kestsid tavaliselt paar päeva või nädalat korraga. Tegelikult kasutas seda efekti Sir Arthur Eddington 1919. aastal esimese empiirilise tõendusmaterjali saamiseks üldrelatiivsuse kohta.
See toimus 29. mai 1919 päikesevarjutuse ajal, kus Eddington ja teaduslik ekspeditsioon sõitsid Lääne-Aafrika ranniku lähedal asuvale Principe saarele, et teha pilte tähtedest, mis olid nüüd näha Päikese ümber. Pildid kinnitasid Einsteini ennustust, näidates, kuidas nende tähtede valgus on Päikese gravitatsioonivälja mõjul pisut nihkunud.
Selle tehnika pakkusid algselt välja astronoomid Shude Mao ja Bohdan Paczynski 1991. aastal tähtede binaarsete kaaslaste otsimise vahendina. Andy Gould ja Abraham Loeb täpsustasid nende ettepanekut 1992. aastal eksoplaneetide avastamise meetodina. See meetod on kõige tõhusam galaktika keskpunkti poole planeete otsides, kuna galaktiline mõhk annab suure hulga tausttähti.
Eelised:
Mikrolenseerimine on ainus teadaolev meetod, mis võimaldab avastada Maast tõeliselt suurte vahemaadega planeete ja suudab leida väikseima eksoplaneetide hulgast. Kui radiaalse kiiruse meetod on efektiivne Maast kuni 100 valgusaasta kaugusel olevate planeetide otsimisel ja transiidifotomeetria abil on võimalik tuvastada sadu valgusaastaid eemal asuvaid planeete, siis mikrolülituse abil võib leida planeete, mis asuvad tuhandete valgusaastate kaugusel.
Kui enamikul teistel meetoditel on avastamishälbed väiksemate planeetide suhtes, on mikrolülitamise meetod kõige tundlikum vahend selliste planeetide tuvastamiseks, mis asuvad Päikesesarnastest tähtedest 1-10 astronoomilise ühiku (AU) kaugusel. Mikrolennustamine on ka ainus tõestatud vahend väikese massiga planeetide tuvastamiseks laiematel orbiitidel, kus nii transiitmeetod kui ka radiaalne kiirus on ebaefektiivsed.
Need eelised muudavad mikrolülitamise kõige tõhusamaks meetodiks Maa-sarnaste planeetide leidmiseks Päikesesarnaste tähtede ümber. Lisaks saab maapealseid rajatisi kasutades tõhusalt paigaldada mikrolülituse uuringud. Nagu transiitfotomeetria, on ka mikrolensimismeetodil kasu sellest, et seda saab kasutada kümnete tuhandete tähtede üheaegseks vaatlemiseks.
Puudused:
Kuna mikrolülituse sündmused on ainulaadsed ja neid ei korrata, pole selle meetodi abil tuvastatud planeete enam vaadeldud. Lisaks kipuvad avastatud planeedid olema väga kaugel, mis teeb järeluuringud praktiliselt võimatuks. Õnneks ei vaja mikrolülitavad tuvastused järeluuringuid, kuna nende signaali-müra suhe on väga kõrge.
Kuigi kinnitamine pole vajalik, on mõned planeetide mikrolülitamise sündmused kinnitatud. HST ja Kecki tähelepanekud kinnitasid sündmuse OGLE-2005-BLG-169 planetaalsignaali (Bennett jt 2015; Batista jt 2015). Lisaks saavad mikrolennunduse uuringud anda ainult umbkaudseid hinnanguid planeedi kauguse kohta, jättes veamarginaali.
Mikrolensing ei suuda ka anda täpseid hinnanguid planeedi orbitaalide omaduste kohta, kuna ainus orbitaalide omadus, mida selle meetodiga saab otseselt kindlaks määrata, on planeedi praegune poolsuurtelg. Selliselt on ekstsentrilise orbiidiga planeedid tuvastatavad ainult väikese osa oma orbiidist (kui see on tähest kaugel).
Lõpuks sõltub mikrolennustamine haruldastest ja juhuslikest sündmustest - ühe tähe möödumisest täpselt teise ees, nagu Maast vaadatuna -, mis muudab tuvastamise nii haruldasteks kui ka ettearvamatuteks.
Näited gravitatsiooniliste mikrolülitusuuringute kohta:
Mikrolensingu meetodil põhinevate uuringute hulka kuulub Varssavi ülikooli optiline gravitatsioonilise läätse katse (OGLE). Ülikooli astronoomilise vaatluskeskuse direktori Andrzej Udalski juhtimisel kasutab see rahvusvaheline projekt Tšiilis Las Campanase 1,3-meetrist “Varssavi” teleskoopi, et otsida galaktika mõjust ümbritseva 100-tähelisel alal mikrolülituse sündmusi.
Samuti on rühmas Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), Uus-Meremaa ja Jaapani teadlaste ühistööna. Nagoya ülikooli professori Yasushi Muraki juhtimisel kasutab see rühm lõunapoolkera tumeda aine, päikesepoolsete planeetide ja tähekeskkonna uuringute läbiviimiseks Microlensingi meetodit.
Ja siis on seal Probing Lensing Anomalies NETwork (PLANET), mis koosneb viiest 1-meetrisest teleskoobist, mis on jaotatud ümber lõunapoolkera. Koostöös RoboNetiga on see projekt võimeline pakkuma peaaegu pidevaid vaatlusi mikrolülituse sündmuste kohta, mille põhjustavad planeedid, mille mass on nii väike kui Maa.
Praeguseks on kõige tundlikum uuring Korea astronoomia- ja kosmoseteaduse instituudi (KASI) algatatud projekt Korea mikrolensingi teleskoopide võrk (KMTNet). KMTNet tugineb kolmes lõunaosas asuvas observatooriumis olevatele seadmetele, et tagada 24-tunnine pidev jälgimine galaktiline mõhk, otsides mikrolähedaseid sündmusi, mis suunaksid teed nende tähtedega asustatavates tsoonides tiirlevate maapõhja planeetide poole.
Oleme siin Space Magazine'is kirjutanud palju huvitavaid artikleid eksoplaneetide tuvastamise kohta. Siin on Mis on ekstra päikeseplaneedid ?, Mis on transiidimeetod ?, Mis on radiaalse kiiruse meetod ?, Mis on gravitatsiooniline lääts? ja Kepleri universum: meie galaktikas on rohkem planeete kui tähti
Lisateabe saamiseks tutvuge kindlasti NASA lehega Exoplanet Exploration, Planetary Society lehega Extrasolar Planets ja NASA / Caltech Exoplanet Archivega.
Astronoomiaosakonnas on sellel teemal ka asjakohaseid episoode. Siin on episood 208: Spitzeri kosmoseteleskoop, episood 337: fotomeetria, episood 364: CoRoT-i missioon ja jaotis 367: Spitzer teeb eksoplaneete.
Allikad:
- NASA - 5 viisi planeedi leidmiseks
- Planeetide selts - mikrolensing
- Vikipeedia - eksoplaneetide tuvastamise meetodid
