Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća, broj ekstrasolarnih planeta koji su otkriveni i potvrđeni eksponencijalno je rastao. Na predstaviti , potvrđeno je postojanje 3.778 egzoplaneta u 2.818 planetarnih sustava, a dodatnih 2.737 kandidata čeka potvrdu. S ovim brojem planeta dostupnih za proučavanje, fokus istraživanja egzoplaneta počeo se pomicati s otkrivanja na karakterizaciju.
Na primjer, znanstvenici su sve više zainteresirani za karakterizaciju atmosfere egzoplaneta kako bi mogli s povjerenjem reći da imaju prave sastojke za život (tj. dušik, ugljični dioksid, itd.). Nažalost, to je vrlo teško koristeći postojeće metode. Međutim, prema a nova studija od strane međunarodnog tima astronoma, instrumenti sljedeće generacije koji se oslanjaju na izravnu sliku promijenit će igru.
Studija, ' Izravno snimanje u reflektiranom svjetlu: karakterizacija starijih egzoplaneta umjerene temperature s 30-metarskim teleskopima “, nedavno se pojavio na internetu. Studiju su vodili Michael Fitzgerald i Ben Mazin – izvanredni profesor astrofizike na Sveučilištu California Los Angeles (UCLA) i Worster Katedre za eksperimentalnu fiziku na Sveučilištu California Santa Barbara (UCSB), redom.
Egzoplanet Beta Pictoris b, koji je uočen izravnim otkrivanjem. Zasluga: ESO
Pridružili su im se istraživači sa Sveučilišta u Montrealu Institut za istraživanje egzoplaneta (iREX), NASA-in laboratorij za mlazni pogon, Carnegie zvjezdarnice , the Steward Zvjezdarnica , the Nacionalni astronomski opservatorij Japana , the Tehnološki institut Massachusetts (MIT), the Kalifornijski institut za tehnologiju (Caltech) i više sveučilišta.
Kako navode u svojoj studiji, naše su sposobnosti da karakteriziramo egzoplanete trenutno ograničene. Na primjer, naše trenutne metode – najčešće korištene su metode Tranzitna metoda i Radijalna brzina mjerenja – dovela su do otkrivanja tisuća kratkoperiodičnih planeta (planeti koji kruže u blizini svojih sunca s periodom od oko 10 dana). Međutim, osjetljivost ovih metoda počinje znatno opadati što je egzoplanet udaljeniji od sunca.
Štoviše, dugoperiodični planeti su također uglavnom nedostupni što se tiče njihovih spektra. Ova vrsta analize uključuje mjerenje svjetlosti koja prolazi kroz atmosferu planeta dok prolazi sa svoje zvijezde. Mjerenjem njegovih spektra kako bi odredili njegov sastav, znanstvenici mogu okarakterizirati atmosferu egzoplaneta i utvrditi bi li planet mogao biti nastanjen.
Kako bi to riješili, tim predlaže da će izravna detekcija (tzv. izravna slika) biti učinkovitija metoda za karakterizaciju atmosfere egzoplaneta. Kako je dr. Étienne Artigau, istraživač iREX-a i koautor studije, objasnio za Universe Today putem e-pošte (prevedeno s francuskog)
“Niti jedan planet koji je za sada otkriven nije pronađen u “reflektiranom svjetlu”. Kada vidimo planete našeg Sunčevog sustava, možemo ih vidjeti zato što su osvijetljeni Suncem. Na isti način, planeti ostalih zvijezda reflektiraju svjetlost i tu svjetlost mora biti moguće detektirati dovoljno snažnim teleskopom. Omjer protoka između planeta i njihove zvijezde je ogroman, reda veličine 1 milijardu, u usporedbi s planetima otkrivenim njihovom toplinskom emisijom, ili je taj omjer radije reda 1 milijun.”
Umjetnička ilustracija teleskopa od trideset metara na njegovom željenom mjestu u Mauna Kei, Havaji. Zasluge: Međunarodni opservatorij TMT
Trenutačno je izravno snimanje jedino sredstvo za dobivanje spektra netranzitnih egzoplaneta, osobito onih koji su na srednjim i velikim udaljenostima od svojih sunca. U ovom slučaju, astronomi dobivaju spektre od svjetlosti reflektirane od atmosfere egzoplaneta kako bi odredili njegov sastav. Do sada je izravno snimljeno samo nekoliko egzoplaneta, a svi su bili samosvjetleći super-Jupiteri koji su kružili oko svojih zvijezda domaćina na udaljenosti od stotina ili tisuća AJ.
Ti su planeti bili vrlo mladi i imali su temperature veće od 500 °C (932 °F), što ih čini prilično rijetkom klasom planeta. Kao rezultat toga, astronomi nemaju informacije o raznolikosti atmosfere egzoplaneta, posebno kada je riječ o manjim, stjenovitim planetima koji imaju temperature sličnije Zemlji – gdje se površinske temperature u prosjeku kreću oko 15 °C (58,7 °F).
To je zbog činjenice da postojeći teleskopi jednostavno nemaju osjetljivost za izravno snimanje manjih planeta koji orbitiraju bliže zvijezdama. Kako su utvrdili u svojoj studiji, za karakterizaciju atmosfera planeta koji se nalaze unutar 5 AU od njihovih zvijezda (gdje su istraživanja radijalne brzine otkrila mnoge planete) bi bio potreban teleskop s otvorom od 30 metara u kombinaciji s naprednom prilagodljivom optikom, koronografom i skup spektrometara i slikovnih uređaja.
'Ukratko, nijedan trenutni teleskop ne može otkriti ove planete, čak ni oko zvijezda koje su nam najbliže, ali postoje svi razlozi vjerovati da će sljedeća generacija teleskopa promjera 30 m i više to moći učiniti', rekao je Artiqua. 'Nije sigurno da će netko biti u stanju otkriti, u početku, planete poput Zemlje, ali barem bi trebao biti u stanju otkriti planete usporedive s Uranom i Neptunom, što bi već bio izvrstan rezultat.'
Umjetnička ilustracija GMT-a u Čileu. Zrcalo sa sedam segmenata srce je teleskopa. Zasluge: divovski Magellanov teleskop – GMTO Corporation
Takvi objekti sljedeće generacije i adaptivni optički instrumenti uključuju uređaj za snimanje planetarnih sustava (PSI) na Teleskop od trideset metara (TMT), koji se predlaže za izgradnju na Mauna Kei, Havaji. A tu je i GMagAO-X instrument na Divovski Magellanov teleskop (GMT), koji je trenutno u izgradnji u Zvjezdarnica Las Campanas i predviđen za završetak 2025.
Kao što je Artigau naznačio, istraživanja provedena s ovim instrumentima sljedeće generacije omogućit će astronomima da otkriju i okarakteriziraju širi raspon planeta, kao i da traže moguće znakove života (tzv. biosignature), kao nikada prije:
“Ovo će nam omogućiti da izravno proučavamo svjetlost koja dolazi s planeta samo malo većih od Zemlje (i možda poput Zemlje ako smo optimistični). Ovo je jedna od naših najboljih prilika da u ovim atmosferama potražimo životne potpise. Čak i ako ne pronađemo životni potpis, omogućit će razumijevanje čitavih klasa planeta koje vidimo neizravno (tranziti, radijalna brzina), ali o kojima ne znamo ništa... Važnost izravnog snimanja je u tome što omogućuje izravno sondiranje atmosfera, pa čak i površina ovih planeta. Dodavanje spektrografa visoke razlučivosti također daje ideju o vjetrovima i globalnoj cirkulaciji vjetra, kao i ispitivanje prisutnosti različitih molekula.”
Naravno, i dalje će postojati ograničenja u onome što znanstvenici mogu naučiti pomoću metode izravne slike, čak i s ovim instrumentima i teleskopima sljedeće generacije koji su im na raspolaganju. Ali mogućnosti i implikacije za istraživanje egzoplaneta nisu ništa drugo do goleme. Za početak, astronomi bi mogli dobiti bolju predodžbu o demografiji manjih, stjenovitih planeta koji kruže unutar odgovarajućih nastanjivih zona svojih zvijezda.
Umjetnički koncept egzoplaneta sličnih Zemlji, koji bi se (prema novim istraživanjima) mogli pohvaliti obiljem vode. Zasluge: NASA
'Otkrivanje 'potencijalno nastanjivih' planeta ovdje je zasigurno najuzbudljiviji slučaj, ali važno je imati na umu da će to ostati prilično teško čak i s teleskopom od 30 metara', rekao je Artigua. “Kada napravimo statističko predviđanje, trebalo bi postojati samo nekoliko (vjerojatno manje od 10) zemaljskih planeta koji će biti dostupni i koji će imati temperaturu usporedivu s našom.”
Unutar ovog raspona planeta, Artigau i njegovi kolege mogu zamisliti niz zanimljivih scenarija. Na primjer, neki mogu biti poput Venere, gdje gusta atmosfera i relativno bliska orbita rezultiraju nenadmašnim efektom staklenika. Drugi mogu biti poput Marsa, gdje su solarni vjetar ili erupcije uništili atmosferu planeta. Osim toga, možda postoje zemaljski planeti koje ne možemo ni zamisliti.
'Ukratko, naseljivi planeti mogli bi imati više mašte od nas', zaključio je dr. Artiqau. “Ova raznolikost egzoplaneta također implicira da moramo biti oprezni kada predviđamo da će biti nastanjivi.”
'Suština je da možemo učiniti nevjerojatne stvari u proučavanju egzoplaneta sa zemlje s 30-metarskim teleskopima, ali potrebno je značajno ulaganje u tehnologiju da bismo se pripremili za izradu ovih instrumenata za 30-metarske teleskope', dodao je Mazin.
Studija je omogućena zahvaljujući dodatnoj pomoći koju je pružio Nacionalno istraživačko vijeće Kanade (NRC) i Organizacija divovskog Magellanovog teleskopa (GMTO) Corporation.
Daljnje čitanje: arXiv
