Dobrodošli nazad u našu seriju o metodama lova na egzoplanete! Danas gledamo još jednu široko rasprostranjenu i popularnu metodu detekcije egzoplaneta, poznatu kao metoda radijalne brzine (aka. Dopplerova spektroskopija).
Lov na ekstrasolarnih planeta sigurno se zagrijao u posljednjih desetak godina! Zahvaljujući poboljšanjima u instrumentaciji i metodologiji, broj otkrivenih egzoplaneta (od 1. prosinca 2017 ) dosegao je 3710 planeta u 2780 zvjezdanih sustava, a 621 sustav ima više planeta. Nažalost, zbog ograničenja s kojima se astronomi moraju boriti, velika većina otkrivena je neizravnim metodama.
Kada je riječ o ovim neizravnim metodama, jedna od najpopularnijih i najučinkovitijih je metoda radijalne brzine – također poznata kao Dopplerova spektroskopija. Ova metoda se oslanja na promatranje spektra zvijezda za znakove 'kolebanja', gdje se otkrije da se zvijezda kreće prema Zemlji i dalje od Zemlje. Ovo kretanje je uzrokovano prisutnošću planeta, koji vrše gravitacijski utjecaj na svoje Sunce.
Opis:
U osnovi, metoda radijalne brzine ne sastoji se od traženja znakova samih planeta, već od promatranja zvijezda za znakove kretanja. To se zaključuje korištenjem spektrometra za mjerenje načina na koji su spektralne linije zvijezde pomaknute zbog Dopplerov efekt – tj. kako je svjetlost iz zvijezde pomaknuta prema crvenom ili plavom kraju spektra (crveni pomak/plavi pomak).
Dijagram s pojedinostima o metodi radijalne brzine (aka. Dopplerov pomak). Zasluge: zvjezdarnica Las Cumbres
Ovi pomaci su pokazatelji da se zvijezda udaljava od (crveni pomak) ili prema (plavi pomak) Zemlje. Na temelju brzine zvijezde, astronomi mogu odrediti prisutnost planeta ili sustava planeta. Brzina kojom se zvijezda kreće oko svog središta mase, koja je mnogo manja od one planete, ipak je mjerljiva pomoću današnjih spektrometara.
Do 2012. ova je metoda bila najučinkovitije sredstvo za otkrivanje egzoplaneta, no od tada ju je zamijenio Tranzitna fotometrija . Unatoč tome, ostaje vrlo učinkovita metoda i na nju se često oslanja u kombinaciji s tranzitnom metodom kako bi se potvrdilo postojanje egzoplaneta i postavila ograničenja na njihovu veličinu i masu.
prednosti:
Metoda radijalne brzine bila je prvo uspješno sredstvo za otkrivanje egzoplaneta i imala je visoku stopu uspjeha za identifikaciju egzoplaneta u oba obližnja ( Sljedeći b i TRAPPIST-1 sedam planeta) i udaljeni zvjezdani sustavi ( COROT-7c ). Jedna od glavnih prednosti je ta što omogućuje izravno mjerenje ekscentriciteta orbite planeta.
Signal radijalne brzine je neovisan o udaljenosti, ali zahtijeva visok spektar signala i šuma kako bi se postigao visok stupanj preciznosti. Kao takav, općenito se koristi za traženje planeta male mase oko zvijezda koje su unutar 160 svjetlosnih godina od Zemlje, ali još uvijek može otkriti plinovite divove udaljene do nekoliko tisuća svjetlosnih godina.
Tehnika radijalne brzine može otkriti planete oko zvijezda male mase, kao što su zvijezde M tipa (crveni patuljak). To je zbog činjenice da su zvijezde male mase više pod utjecajem gravitacijskog povlačenja planeta i zato što se takve zvijezde općenito sporije rotiraju (što dovodi do jasnijih spektralnih linija). To čini metodu radijalne brzine vrlo korisnom iz dva razloga.
Kao prvo, zvijezde tipa M najčešće su u Svemiru, čineći 70% zvijezda u spiralnim galaksijama i 90% zvijezda u eliptičnim galaksijama. Drugo, nedavne studije su pokazale da su zvijezde M-tipa male mase najvjerojatnije mjesto za pronalaženje zemaljskih (tj. stjenovitih) planeta. Metoda radijalne brzine je stoga dobro prikladna za proučavanje planeta sličnih Zemlji koji kruže u blizini crvenih patuljastih sunca (unutar njihovih naseljivih zona).
Još jedna velika prednost je način na koji metoda radijalne brzine može postaviti točna ograničenja na masu planeta. Iako radijalna brzina zvijezde može dati samo procjenu minimalne mase planeta, razlikovanje vlastitih spektralnih linija planeta od onih zvijezde može dati mjerenja radijalne brzine planeta.
To omogućuje astronomima da odrede nagib orbite planeta, što omogućuje mjerenje stvarne mase planeta. Ova tehnika također isključuje lažne pozitivne rezultate i daje podatke o sastavu planeta. Glavni problem je da je takvo otkrivanje moguće samo ako planet kruži oko relativno svijetle zvijezde i ako planet reflektira ili emitira puno svjetla.
Broj otkrića ekstrasolarnih planeta godišnje do rujna 2014., s bojama koje označavaju metodu detekcije – radijalnu brzinu (plava), tranzit (zelena), vrijeme (žuta), izravna slika (crvena), mikrolensing (narančasta). Zasluge: Javna domena
Od prosinca 2017. 662 od svih otkrića egzoplaneta (i kandidati i oni koji su potvrđeni) otkriveni su samo metodom radijalne brzine – gotovo 30% od ukupnog broja.
nedostaci:
S obzirom na to, metoda radijalne brzine također ima neke značajne nedostatke. Za početak, nije moguće promatrati stotine ili čak tisuće zvijezda istovremeno s jednim teleskopom – kao što se radi s Transit Photometry. Osim toga, ponekad Dopplerova spektrografija može proizvesti lažne signale, osobito u sustavima s više planeta i više zvijezda.
To je često zbog prisutnosti magnetskih polja i određenih vrsta zvjezdane aktivnosti, ali također može proizaći iz nedostatka dovoljno podataka jer se zvijezde općenito ne promatraju kontinuirano. Međutim, ta se ograničenja mogu ublažiti uparivanje mjerenja radijalne brzine s drugom metodom, od kojih je najpopularnija i najučinkovitija Transit Photometry.
Iako razlikovanje spektralnih linija zvijezde i planeta može omogućiti postavljanje boljih ograničenja na masu planeta, to je općenito moguće samo ako planet kruži oko relativno svijetle zvijezde i planet reflektira ili emitira puno svjetla. Osim toga, planeti koji imaju vrlo nagnute orbite (u odnosu na promatračevu vidnu liniju) proizvode manje vidljive titraje i stoga ih je teže otkriti.
Na kraju, metoda radijalne brzine je najučinkovitija kada je uparena s tranzitnom fotometrijom, posebno radi potvrđivanja detekcija napravljenih s potonjom metodom. Kada se obje metode koriste u kombinaciji, postojanje planeta se ne može samo potvrditi, već se mogu napraviti točne procjene njegovog polumjera i prave mase.
Primjeri istraživanja radijalne brzine:
Zvjezdarnice koje koriste metodu radijalne brzine uključuju Europski južni opservatorij (ESO) Stolica zvjezdarnice u Čileu. Ovo postrojenje provodi istraživanja za lov na egzoplanete koristeći svoj teleskop od 3,6 metara koji je opremljen Visokoprecizni pretraživač planeta radijalne brzine (HARPS) spektrometar. Tu su i teleskopi zvjezdarnica Keck u Mauna Kei, Havaji, koji se oslanjaju na Echelle spektrometar visoke rezolucije (HIRES) spektrometar.
Tu je i Opservatorij Haute-Provence u južnoj Francuskoj, koja je koristila ELODIE spektrograf otkriti 51 Pegazi rođ – prvi “Vrući Jupiter” za koji je otkriveno da kruži oko zvijezde glavnog niza – 1995. Godine 2006. ELODIE je povučen i zamijenjen SOPHIE spektrograf .
Očekuje se da će istraživanja lova na egzoplanete koja se oslanjaju na metodu radijalne brzine imati velike koristi od primjene Svemirski teleskop James Webb (JWST), koji je planiran za 2019. Nakon što bude operativan, ova će misija dobiti Doppler mjerenja zvijezda koristeći svoj napredni skup infracrvenih instrumenata za određivanje prisutnosti kandidata za egzoplanete. Neki od njih će se zatim potvrditi pomoću Tranzitni satelit za istraživanje egzoplaneta (TESS) – koji će biti postavljen 2018.
Zahvaljujući poboljšanjima u tehnologiji i metodologiji, otkriće egzoplaneta posljednjih je godina naraslo velikom brzinom. S tisućama potvrđenih egzoplaneta, fokus se postupno pomaknuo prema karakterizaciji ovih planeta kako bi se saznalo više o njihovoj atmosferi i uvjetima na njihovoj površini. U nadolazećim desetljećima, djelomično zahvaljujući postavljanju novih misija, očekuju se neka vrlo duboka otkrića!
Imamo mnogo zanimljivih članaka o lovu na egzoplanete ovdje na Universe Today. evo Što su ekstra solarni planeti? , Što je tranzitna metoda? , Što je metoda izravne slike? , Što je metoda gravitacijske mikroleće? , i Keplerov svemir: Više planeta u našoj galaksiji nego zvijezda .
Astronomy Cast također ima nekoliko zanimljivih epizoda na tu temu. evo Epizoda 366: HARPS spektrograf .
Za više informacija svakako posjetite NASA-inu stranicu na Istraživanje egzoplaneta , stranica Planetnog društva na Ekstrasolarni planeti i NASA/Caltech Arhiv egzoplaneta .
Izvori:
