Egy nemzedékkel ezelőtt a távoli csillag körül keringő bolygó gondolata továbbra is a tudományos fantasztika birodalma volt. De mivel az első exoplanet 1988-ban felfedezték őket, százokat találtunk, a felfedezések az idő múlásával gyorsabban haladnak.
kapcsolodo tartalom
- Valószínűleg sokkal több Föld-szerű egzotikus bolygó van, mint amit elképzeltünk
- A távoli csillagokat keringő 5 legmenőbb bolygó
A múlt hónapban egyetlen bejelentésben a NASA csillagászai 715 korábban ismeretlen bolygót fedeztek fel a Kepler Űrtávcső által összegyűjtött adatokban, és az ismert exoplanetatok száma 1771-re állt. Ezen belül mindenféle exoplaneta létezik: némelyek keringnek két csillag között., mások tele vízzel, mások nagyjából Föld méretűek, mások több mint kétszer olyan nagyok, mint a Jupiter.
De ezen távoli bolygók túlnyomó többségében van egy közös dolog - néhány kivétellel, túl messze vannak ahhoz, hogy láthassuk, még a legerősebb távcsöveinkkel is. Ha ez a helyzet, honnan tudják a csillagászok, hogy ott vannak?
Az elmúlt néhány évtizedben a kutatók számos technikát fejlesztettek ki a Naprendszerünkön kívüli sok bolygó észlelésére, amelyeket gyakran kombinálva használnak az eredeti felfedezés megerősítésére és a bolygó tulajdonságainak megismerésére. Itt található az eddig alkalmazott főbb módszerek magyarázata.
Tranzit
Képzelje el, hogy egy csillagra keringő kis bolygóra nézi, messze, messze. Időnként előfordulhat, hogy a bolygó áthalad közted és csillaga között, rövid ideig blokkolja a csillagfény néhány részét. Ha ez a tompítás elegendő frekvenciával történt, akkor a következménye lehet a bolygó jelenlétéről, még akkor is, ha nem látja.
(Kép a Wikimedia Commonson keresztül / Nikola Smolenski) Ez lényegében az exoplanetek detektálásának tranzit módszere, amely eddig az exoplanet felfedezéseink többségéért felelős. Természetesen a távoli csillagok esetében a nyílt emberi szem nem képes megbízhatóan érzékelni a látott fény mennyiségét a tompítást, tehát a tudósok távcsövekre (nevezetesen a Kepler űrteleszkópra) és más eszközökre támaszkodnak a gyűjtés és elemzés céljából. ezeket az adatokat.
Így egy csillagász számára egy távoli exoplanet "látása" a tranzit módszerrel általában valami hasonlót néz ki:
A távoli csillagból megvilágított fény mennyisége elmerül, amikor egy bolygó áthalad köztünk és köztünk. (Kép a Wikimedia Commons / Сам посчитал keresztül) Bizonyos esetekben a csillag és a köztük áthaladó bolygó által okozott elsötétülés szintje a csillagászoknak a bolygó méretének durva becslését is elmondhatja. Ha tudjuk a csillag méretét és a bolygó távolságát attól (az utóbbi egy másik detektálási módszerrel, sugársebességgel határozható meg, lejjebb ezen a listán), és megfigyeljük, hogy a bolygó blokkolja a csillag fényének bizonyos százalékát, akkor kiszámolja a bolygó sugarat kizárólag ezen értékek alapján.
A tranzit módszernek azonban vannak hátrányai. A bolygót helyesen kell felsorakoztatni ahhoz, hogy áthaladjon közünk és a csillag között, és minél távolabb kering, annál kisebb az esélye ennek a beállításnak. A számítások azt mutatják, hogy egy Föld méretű bolygó számára, amely csillagát ugyanolyan távolságra kerüli, ahonnan keringünk a mi környékünkön (kb. 93 millió mérföld), csak 0, 47 százalékos esély van arra, hogy megfelelő irányba igazítsa azt, hogy elhomályosodjon.
A módszer számos hamis pozitív eredményhez vezethet - a tompítás olyan epizódjai, amelyeket átmenő bolygóknak azonosítunk, de végül teljesen valami más okozza. Az egyik tanulmány azt találta, hogy a Kepler adataiban azonosított nagy, szorosan keringő bolygók 35% -a valójában nem létezhet, és a tompulásnak tulajdonítható a por és más anyagok, amelyek köztünk és a csillag között helyezkednek el. A legtöbb esetben az csillagászok megkísérlik megerősíteni az ezen módszerrel talált bolygót a listán szereplő más módszerekkel.
Orbitális fényerő
Bizonyos esetekben a csillag körül keringő bolygó növeli a Föld felé érő fény mennyiségét, nem pedig elsüllyed. Általában ezekben az esetekben a bolygó nagyon szorosan kering körül, oly mértékben melegszik, hogy észlelhető mennyiségű hő sugárzást bocsát ki.
Noha ezt a sugárzást nem tudjuk megkülönböztetni maga a csillag sugárzásától, a helyes vonalban keringő bolygó rendszeres szakaszok sorrendjében lesz kitéve ránk (hasonlóan a hold fázisaihoz), tehát szabályos, időszakos az ezekből a csillagokból érkező űrteleszkópok által felhasznált fény növekedése felhasználható a bolygó jelenlétének következtetésére.
A tranzit módszerhez hasonlóan könnyebben észlelhető a csillagok közelében keringő nagy bolygók ezzel a technikával. Bár eddig csak egy maroknyi bolygót fedeztek fel kizárólag ezzel a módszerrel, ez a hosszú távon a legtermékenyebb módszer lehet, mivel ehhez nem szükséges, hogy egy exoplanet áthaladjon közvetlenül köztünk és a csillag között, hogy észleljük ez a lehetséges felfedezések sokkal szélesebb körét nyitja meg.
Radiális sebesség
Az általános iskolában azt tanítják, hogy a Naprendszer egy helyhez kötött csillag, amelyet lassan keringő bolygók, aszteroidák és más törmelék vesznek körül. Az igazság ugyanakkor kissé bonyolultabb: A bolygók gravitációs vonzása miatt a csillag egyre kissé elhull a rendszer gravitációs központjától:
(Kép a Wikimedia Commons / Zhatt segítségével) A jelenség hasonlóképpen megy: ha egy nagy bolygó elegendő tömegű, akkor képes a csillagot felé húzni, és a csillag elmozdul a távoli Naprendszer pontos központjától. Tehát a csillag helyzetének időszakos, kiszámítható, ám még mindig perces eltolása felhasználható arra, hogy következtetni lehessen egy nagy bolygó jelenlétére a csillag közelében.
A csillagászok kihasználták ezt a jelenséget az exoplanetek százainak kimutatására. A közelmúltig, amikor azt meghaladták a tranzit, ez a módszer (radiális sebességnek nevezték) volt a felelős a felfedezett exoplanetek nagy részében.
Nehéznek tűnhet mérni az enyhe mozgásokat fényszázadoktól távol eső csillagokban, de kiderül, hogy a csillagászok észlelhetik, mikor egy csillag másodpercenként egy méter / másodperc sebességgel gyorsul fel a Föld felé (vagy távol van) a Doppler-hatás miatt.
A hatás a hullámok jelenléte (legyen szó hangról, látható fényről vagy más elektromágneses energiáról), amely kissé magasabb frekvenciájúnak tűnik, amikor az őket kibocsátó tárgy megfigyelő felé mozog, és kissé alacsonyabb, ha elmozdul. Az első kézből tapasztalta meg, ha hallotta valaha a közeledő mentősziréna erős hangulatát, amely kissé alacsonyabb hangjelzéssel cserélődött el, amikor elúszik.
Cserélje ki a mentőt egy távoli csillagra és egy sziréna hangjára az általa kibocsátott fénnyel, és nagyjából megvan az ötlet. A csillag által kibocsátott fény sajátos frekvenciáit mérő spektrométerek segítségével a csillagászok megkereshetik a látszólagos eltolódásokat, jelezve, hogy a csillag kissé közelebb áll hozzánk vagy kissé eltolódik.
A mozgás mértéke még a bolygó tömegét is tükrözi. A bolygó sugaraival kombinálva (tranzit módszerrel számítva) ez lehetővé teszi a tudósok számára, hogy meghatározzák a bolygó sűrűségét, és így annak összetételét (ha például egy gáz óriás vagy egy sziklás bolygó).
Ezt a módszert szintén korlátozzák: sokkal könnyebb megtalálni egy kisebb csillagot keringő nagyobb bolygót, mert egy ilyen bolygó nagyobb hatással van a csillag mozgására. Viszonylag kicsi, Föld méretű bolygók valószínűleg nehezen észlelhetők, főleg távoli távolságra.
Közvetlen képalkotás
Néhány ritka esetben a csillagászok a lehető legegyszerűbb módon találták meg az exoplanetokat: látva őket.
Három hatalmas bolygót - valószínűleg nagyobb, mint a Jupiter - 2010-ben közvetlenül a HR8799 csillag körül keringtették. (A csillagot maga koronagráffal blokkolja. (Kép a NASA / JPL-Caltech / Palomar Obszervatóriumon keresztül) Ezek az esetek néhány ok miatt annyira ritkák. Annak érdekében, hogy megkülönböztesse a bolygót a csillagától, viszonylag távol kell lennie tőle (könnyű elképzelni, hogy például a Merkúr távolról nem lenne képes megkülönböztetni a Napot). De ha egy bolygó túl messze van a csillagától, akkor nem tükrözi annyira a csillag fényét, hogy egyáltalán látható legyen.
A távcsövekkel legmegbízhatóbben látható exoplaneek nagyok (mint például a Jupiter) és nagyon melegek, így saját infravörös sugárzást bocsátanak ki, amelyet a távcsövek észlelhetnek és felhasználhatnak a csillagoktól való megkülönböztetéshez. Könnyen felismerhetők azok a bolygók is, amelyek a barna törpéket keringik (tárgyak, amelyek műszakilag nem minősülnek csillagoknak, mivel nem elég melegek vagy hatalmasak ahhoz, hogy fúziós reakciókat hozzanak létre, és így kevés fényt bocsátanak ki).
A közvetlen képalkotást arra is felhasználták, hogy felismerjék néhány különösen hatalmas gazember bolygót - azokat, amelyek egy csillag körüli hely körül szabadon lebegnek az űrben.
Gravitációs lencse
A listán szereplő összes korábbi módszer értelmüket ad egy nem tudós számára valamilyen intuitív szinten. A gravitációs lencsék, amelyek maroknyi exoplaneta felfedezésére szolgálnak, valamivel elvontabb gondolkodást igényelnek.
Képzeljen el egy csillagot nagyon messze, egy másik csillagot pedig félúton a föld és a Föld között. Ritka pillanatokban a két csillag majdnem felsorakozhat átfedésben egymással az éjszakai égbolton. Amikor ez megtörténik, a közelebbi csillag gravitációs ereje úgy viselkedik, mint egy lencse, és nagyítja a távoli csillagból érkező fényt, amikor az közel megy ahhoz, hogy elérje nekünk.
A gravitációs lencsék szimulációja, amely azt mutatja, hogy a távoli galaxisból származó fényt rövid ideig nagyítja a középtérben lévő fekete lyuk. (Kép az Urbane Legend segítségével) Ha egy csillag, amelynek közelében egy bolygó van keringő pályán, szolgál gravitációs lencséként, akkor a bolygó gravitációs tere enyhén, de észlelhetően hozzájárulhat a nagyítási eseményhez. Így néhány ritka esetben a csillagászok képesek voltak arra, hogy a távoli bolygók jelenlétét arra a következtetésre juttassák, hogy még távolabbi csillagok fényét megvilágítják.
Az exoplanet felfedezéseinek grafikonja évenként, a detektálási módszer színével. Zöld = tranzit, kék = sugárirányú sebesség, piros = közvetlen képalkotás, narancssárga = gravitációs lencse. (Kép a Wikimedia Commons / Aldaron segítségével)
