Per pastaruosius kelis dešimtmečius aptiktų ir patvirtintų ne Saulės planetų skaičius eksponentiškai išaugo. At pateikti 2818 planetų sistemose buvo patvirtintas 3778 egzoplanetų egzistavimas, o patvirtinimo laukia dar 2737 kandidatai. Turint tokį tyrinėjimui skirtų planetų kiekį, egzoplanetų tyrimų dėmesys pradėjo krypti nuo aptikimo prie apibūdinimo.
Pavyzdžiui, mokslininkai vis labiau domisi egzoplanetų atmosferų apibūdinimu, kad galėtų drąsiai teigti, kad jos turi gyvybei tinkamų ingredientų (ty azoto, anglies dioksido ir kt.). Deja, naudojant dabartinius metodus, tai labai sunku. Tačiau, pasak a naujas tyrimas Tarptautinės astronomų komandos naujos kartos instrumentai, pagrįsti tiesioginiu vaizdavimu, pakeis žaidimą.
Studija „ Tiesioginis vaizdas atspindintoje šviesoje: senesnių vidutinio klimato egzoplanetų apibūdinimas naudojant 30 m teleskopus “, neseniai pasirodė internete. Tyrimui vadovavo Michaelas Fitzgeraldas ir Benas Mazinas – Kalifornijos Los Andželo universiteto (UCLA) astrofizikos docentas ir Kalifornijos Santa Barbaros universiteto (UCSB) Worsterio eksperimentinės fizikos katedra.
Egzoplaneta Beta Pictoris b, kuri buvo stebima tiesioginiu aptikimu. Kreditas: ESO
Prie jų prisijungė Monrealio universiteto mokslininkai Egzoplanetų tyrimų institutas (iREX), NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorija Carnegie observatorijos , Steward observatorija , Japonijos nacionalinė astronomijos observatorija , Masačiusetso Technologijų Institutas (MIT), Kalifornijos technologijos institutas (Caltech) ir keliuose universitetuose.
Kaip jie nurodo savo tyrime, mūsų gebėjimai apibūdinti egzoplanetas šiuo metu yra riboti. Pavyzdžiui, mūsų dabartiniai metodai – plačiausiai naudojami Tranzito metodas ir Radialinis greitis matavimai – leido atrasti tūkstančius trumpo periodo planetų (planetų, kurios skrieja arti savo Saulių maždaug 10 dienų periodu). Tačiau šių metodų jautrumas pradeda iš esmės mažėti, kuo toliau egzoplaneta yra nuo saulės.
Be to, ilgo periodo planetos taip pat yra beveik nepasiekiamos, kiek tai susiję su jų spektru. Šio tipo analizė apima šviesos, kuri praeina per planetos atmosferą, kai ji praeina iš žvaigždės, matavimą. Matuodami jos spektrus, kad nustatytų jos sudėtį, mokslininkai gali apibūdinti egzoplanetos atmosferą ir nustatyti, ar planeta iš tikrųjų gali būti tinkama gyventi.
Siekdama tai išspręsti, komanda siūlo, kad tiesioginis aptikimas (dar žinomas kaip tiesioginis vaizdavimas) būtų veiksmingesnis būdas apibūdinti egzoplanetų atmosferą. Kaip iREX tyrėjas ir tyrimo bendraautoris dr. Étienne'as Artigau paaiškino „Universe Today“ el. paštu (išversta iš prancūzų kalbos).
„Nė viena aptikta planeta „atspindintoje šviesoje“ nerasta. Kai matome savo Saulės sistemos planetas, jas galime pamatyti todėl, kad jas apšviečia Saulė. Lygiai taip pat šviesą atspindi ir kitų žvaigždžių planetos ir šią šviesą turi būti įmanoma aptikti pakankamai galingu teleskopu. Srauto santykis tarp planetų ir jų žvaigždės yra milžiniškas, maždaug 1 milijardas, palyginti su planetomis, aptinkamomis pagal jų šiluminę emisiją, arba šis santykis yra maždaug 1 milijonas.
Menininko iliustracija apie trisdešimties metrų teleskopą pageidaujamoje vietoje Mauna Kea, Havajuose. Autorius: Tarptautinė TMT observatorija
Šiuo metu tiesioginis vaizdavimas yra vienintelė priemonė, leidžianti gauti nepereinančių egzoplanetų, ypač tų, kurios yra vidutiniais ir dideliais atstumais nuo saulės, spektrus. Šiuo atveju astronomai gauna spektrus iš šviesos, atsispindėjusios nuo egzoplanetos atmosferos, kad nustatytų jos sudėtį. Iki šiol buvo tiesiogiai nufotografuotos tik kelios egzoplanetos, kurios visos buvo savaime šviečiantys superjupiteriai, skriejantys aplink savo žvaigždes šimtų ar tūkstančių AU atstumu.
Šios planetos buvo labai jaunos ir jų temperatūra viršijo 500 °C (932 °F), todėl jos yra gana reta planetų klasė. Dėl to astronomai neturi informacijos apie egzoplanetų atmosferų įvairovę, ypač kai kalbama apie mažesnes, uolėtas planetas, kurių temperatūra panašesnė į Žemės temperatūrą, kur vidutinė paviršiaus temperatūra yra apie 15 °C (58,7 °F).
Taip yra dėl to, kad esami teleskopai tiesiog neturi tokio jautrumo, kad galėtų tiesiogiai atvaizduoti mažesnes planetas, kurios skrieja arčiau žvaigždžių. Kaip jie nustatė savo tyrime, norint apibūdinti planetų, kurios yra 5 AU atstumu nuo jų žvaigždžių (kur radialinio greičio tyrimai atskleidė daug planetų) atmosferą, reikės teleskopo su 30 metrų diafragma kartu su pažangia prisitaikančia optika, koronagrafu ir spektrometrų ir vaizdų rinkinys.
„Trumpai tariant, joks dabartinis teleskopas negali aptikti šių planetų, net aplink arčiausiai mūsų esančias žvaigždes, tačiau yra pagrindo manyti, kad naujos kartos teleskopai, kurių skersmuo 30 m ir daugiau, galės tai padaryti“, – sakė jis. Artiqua. „Nėra tikras, kad iš pradžių pavyks aptikti tokias planetas kaip Žemė, bet bent jau reikėtų aptikti planetas, panašias į Uraną ir Neptūną, o tai jau būtų puikus rezultatas.
Menininko iliustruota GMT Čilėje. Septynių segmentų veidrodis yra teleskopo širdis. Kreditas: Giant Magellan telescope – GMTO Corporation
Tokie naujos kartos įrenginiai ir adaptyvios optikos instrumentai apima planetų sistemų vaizdo kamerą (PSI) Trisdešimties metrų teleskopas (TMT), kurią siūloma statyti Mauna Kea, Havajuose. Ir ten yra GMagAO-X instrumentas ant Milžiniškas Magelano teleskopas (GMT), kuri šiuo metu yra statoma Las Kampanaso observatorija ir planuojama baigti 2025 m.
Kaip nurodė Artigau, su šiais naujos kartos prietaisais atlikti tyrimai leis astronomams aptikti ir apibūdinti platesnį planetų spektrą, taip pat kaip niekada anksčiau ieškoti galimų gyvybės ženklų (dar žinomų kaip biosignatūra):
„Tai leis mums tiesiogiai ištirti šviesą, sklindančią iš planetų, šiek tiek didesnių už Žemę (ir galbūt panašią į Žemę, jei esame optimistai). Tai vienas geriausių mūsų šansų ieškoti gyvybės ženklų šiose atmosferose. Net jei nerasime gyvybės parašo, tai leis suprasti ištisas planetų klases, kurias matome netiesiogiai (tranzitai, radialinis greitis), bet apie kurias nieko nežinome... Tiesioginio vaizdavimo svarba yra ta, kad ji leidžia tiesiogiai zonduoti šių planetų atmosferą ir net paviršių. Pridėjus didelės skiriamosios gebos spektrografą, galima susidaryti supratimą apie vėjus ir pasaulinę vėjo cirkuliaciją, taip pat zonduoti skirtingų molekulių buvimą.
Žinoma, vis dar bus ribos, ką mokslininkai gali išmokti naudodamiesi tiesioginio vaizdo gavimo metodu, net ir su šiais naujos kartos instrumentais ir teleskopais. Tačiau galimybės ir pasekmės egzoplanetų tyrimams yra tiesiog didžiulės. Pirmiausia astronomai galėtų geriau suprasti mažesnių, uolėtų planetų, kurios skrieja atitinkamose jų žvaigždžių gyvenamosiose zonose, demografinius rodiklius.
Menininko samprata apie į Žemę panašias egzoplanetas, kurios (naujų tyrimų duomenimis) galėtų pasigirti daugybe vandens. Autorius: NASA
„Potencialiai tinkamų gyventi“ planetų aptikimas čia tikrai yra pats įdomiausias atvejis, tačiau svarbu nepamiršti, kad tai išliks gana sunku net naudojant 30 m teleskopą“, – sakė Artigua. „Kai darome statistinę prognozę, turėtų būti tik kelios (tikriausiai mažiau nei 10) antžeminių planetų, kurios bus pasiekiamos ir kurių temperatūra bus panaši į mūsų.
Šiame planetų diapazone Artigau ir jo kolegos gali įsivaizduoti daugybę įdomių scenarijų. Pavyzdžiui, kai kurios gali būti panašios į Venerą, kur tanki atmosfera ir santykinai arti orbita sukelia išbėgantį šiltnamio efektą. Kiti gali būti panašūs į Marsą, kur saulės vėjas ar išsiveržimai pašalino planetų atmosferą. Be to, gali būti antžeminių planetų, kurių net neįsivaizduojame.
„Trumpai tariant, gyvenamosios planetos gali turėti daugiau vaizduotės nei mes“, – padarė išvadą daktaras Artiqau. „Ši egzoplanetų įvairovė taip pat reiškia, kad turime būti atsargūs, kai prognozuojame, kad jos bus tinkamos gyventi.
„[Esmė] yra ta, kad mes galime padaryti nuostabių dalykų tyrinėdami egzoplanetas nuo žemės naudodamiesi 30 m teleskopais, tačiau reikia didelių investicijų į technologijas, kad būtų galima paruošti šiuos instrumentus 30 m teleskopams“, – pridūrė Mazinas.
Tyrimas buvo įmanomas dėl papildomos pagalbos, kurią suteikė Kanados nacionalinė mokslinių tyrimų taryba (NRC) ir Milžiniško Magelano teleskopo organizacija (GMTO) korporacija.
Papildoma literatūra: arXiv