To tylko jasnożółta plamka na cętkowanym niebieskim polu, ale ten obraz odległej planety 51 Eridani b ma astronomów, bo to tylko to: zdjęcie. Ten widok, opublikowany w tym tygodniu przez Gemini Planet Imager, pozwala nam spojrzeć bezpośrednio na młody świat podobny do Jowisza, oddalony o około 100 lat świetlnych.
powiązana zawartość
- Dead Star Shredding a Rocky Body oferuje podgląd ziemskiego losu
- Można zobaczyć egzoplanety bez wyposażenia Schmancy
- Gliese 581g, pierwsza znaleziona egzoplaneta, która mogła być gospodarzem życia, w rzeczywistości nie istnieje
Pomimo niezliczonych zapowiedzi nowych i egzotycznych egzoplanet, w tym wielu, które podobno przypominają Ziemię, ogromna większość światów wykrytych poza naszym Układem Słonecznym została wykryta jedynie pośrednio. Wszelkie pomysły dotyczące ich atmosfery, powierzchni i zdolności do życia są na razie wykształconą spekulacją.
Bruce Macintosh z Uniwersytetu Stanforda i jego koledzy mają nadzieję to wszystko zmienić. Przekraczają granice robienia zdjęć planetarnych za pomocą Gemini Planet Imager (GPI), instrumentu zainstalowanego w 2013 roku na teleskopie Gemini South w Chile. Rzeczywiste widzenie światła z całej planety pozwala naukowcom wypowiadać się na temat chemicznych wskazówek dotyczących jego składu i temperatury, pomagając namalować jaśniejszy obraz świata obcego.
„Bezpośrednie obrazowanie to tak naprawdę technika przyszłości” - mówi współautorka badań Sasha Hinkley, astronom z University of Exeter. „Aby zrozumieć, jakie są te atmosfery, potrzebujesz spektroskopii, a do tego nadaje się bezpośrednie obrazowanie”.
Egzoplanety można dziś znaleźć na dwa sposoby. Kiedy planeta porusza się po powierzchni gwiazdy macierzystej widzianej z Ziemi, nieznacznie zmienia przychodzące światło gwiazd - nazywa się to tranzytem. Alternatywnie, metoda prędkości radialnej szuka gwiazdy, która lekko drży w odpowiedzi na przyciąganie orbitującej planety. Takie pośrednie dowody stanowią większość z prawie 2000 potwierdzonych egzoplanet znalezionych do tej pory.
Na zdjęciach widać tylko kilkanaście egzoplanet, a wszystkie z nich są bardzo dużymi gazowymi światami dalekimi od swoich gwiazd. Na przykład planetarny towarzysz GU Piscium, odkryty w 2014 r., Ma masę od 9 do 13 razy większą od Jowisza i 2000 razy większą od swojej gwiazdy niż Ziemia od Słońca, a okrążenie zajmuje około 163 000 lat. Tymczasem kontrowersyjny świat Fomalhaut b znajduje się na niezwykle eliptycznej orbicie, która zabiera go z 4, 5 miliarda mil od swojej gwiazdy do ogromnej odległości 27 miliardów mil.
Gwiazda GU Piscium i jej planeta, GU Psc b, jak widać na połączonym zdjęciu przy użyciu podczerwieni i danych widzialnych z teleskopu Gemini South i teleskopu Kanada-Francja-Hawaje. (The Gemini Observatory) GPI zostało zaprojektowane tak, by widzieć planety mniejsze i bliższe ich gwiazdom. Wykorzystuje optykę adaptacyjną, w której maleńkie silniki zmieniają powierzchnię lustra teleskopu nawet tysiąc razy na sekundę. Zmiany kształtu kompensują rozmycie, które ma miejsce, gdy światło z odległych obiektów przechodzi przez atmosferę Ziemi, pomagając jej dostrzec mniejsze cele. Instrument ma również koronograf, urządzenie, które blokuje światło gwiazdy, aby ułatwić widzenie pobliskich planet.
W tym przypadku GPI spojrzało na gwiazdę 51 Eridani i było w stanie zobaczyć planetę krążącą w odległości około 13 jednostek astronomicznych, czyli ponad dwukrotnie większą od Jowisza i naszego Słońca. Temperatura powierzchni planety wynosi około 800 stopni Fahrenheita. Jest tak gorąco, ponieważ układ gwiezdny ma zaledwie 20 milionów lat, a planeta wciąż świeci ciepłem formacji. Zespół był również w stanie zobaczyć, że jego atmosfera składa się głównie z metanu, podobnie jak w przypadku Jowisza.
Jak zauważa Macintosh, badanie obrazów światów takich jak 51 Eridani b może pomóc rozwiązać tajemnice formowania się planet. „W wieku 20 milionów lat wciąż„ pamięta ”ten proces”, mówi. Jedno wielkie pytanie dotyczy tego, czy planety wielkości Jowisza szybko się akumulują - w skali tysięcy lat - czy jest to wolniejszy i bardziej stabilny proces trwający miliony lub dziesiątki milionów lat. Ponieważ Jowisz jest tak duży i zużywa tyle masy, ustalenie, jak to się stało i jak typowy może mieć wpływ na modele formowania się innych typów planet.
Chociaż bezpośrednie obrazowanie może dać poczucie wielkości, nie jest tak dobre w ocenie masy planety i nie może jeszcze rozwiązać niczego znacznie mniejszego niż nasz własny Jowisz, chyba że gwiazda jest stosunkowo słaba, a planeta niezwykle jasna. „Nie dostaniesz skalistych planet” - mówi Macintosh. „To dla następnej generacji [teleskopów]”.
W międzyczasie GPI i powiązany z nim instrument, spektropolarymetryczne badania kontrastowe o wysokim kontraście (SPHERE) w Very Large Telescope w Chile, udoskonalają tę technikę i szukają nowych światów, które są gotowe na zbliżenie.
Podczas gdy GPI widzi tylko w podczerwieni, SPHERE będzie również patrzeć na pobliskie gwiazdy, aby sprawdzić, czy jest w stanie rozwiązać planety w świetle widzialnym, mówi Julien Girard, astronom z personelu operacyjnego w VLT. Girard mówi, że nie będzie w stanie zobaczyć innej Ziemi - to najprawdopodobniej zadanie dla teleskopu kosmicznego - ale udowodni, że rozwiązywanie takich planet jest możliwe, zwłaszcza że przyszłe technologie osiągają lepszy kontrast w świetle docierającym do detektorów teleskopów. .
Hinkley uważa jednak, że istnieje duża szansa, że teleskop nowej generacji na ziemi może jako pierwszy zrobić zdjęcie skalistej planety. „Bardzo duże teleskopy, które pojawią się w sieci za około dziesięć lat, klasy 30 i 40 metrów, mogą to zrobić” - mówi.
Dojście do tego etapu może zależeć od ulepszenia adaptacyjnej optyki, ale może również oznaczać skupienie się na koronografii i poprawę zdolności do blokowania światła gwiazdy, mówi dr Ben Montet. kandydat w Centrum Astrofizyki na Harvardzie. „Wyzwaniem nie jest zobrazowanie słabej istoty, ale zablokowanie jasnej istoty tuż obok niej” - mówi.
Ponieważ te oczekiwane ulepszenia pojawią się w Internecie, pobliski układ gwiezdny, taki jak Tau Ceti, który jest podobny do naszego Słońca i znajduje się zaledwie 11 lat świetlnych stąd, byłby dobrym kandydatem do zerknięcia. „To jedna z pierwszych rzeczy, na które zwróciłbym swój teleskop” - mówi Hinkley.
