Blog

Što je tranzitna metoda?

Dobrodošli svi na prvu u našoj seriji o metodama lova na egzoplanete. Danas počinjemo s najpopularnijom i naširoko korištenom, poznatom kao Transit Method (tzv. Transit Photometry).

Stoljećima su astronomi nagađali o postojanju planeta izvan našeg Sunčevog sustava. Uostalom, s između 100 i 400 milijardi samo zvijezde u galaksiji Mliječni put, činilo se malo vjerojatnim da naša jedina ima sustav planeta. Ali tek u posljednjih nekoliko desetljeća astronomi su potvrdili postojanje ekstrasolarnih planeta (aka. egzoplanete).

Astronomi koriste različite metode za potvrdu postojanja egzoplaneta, od kojih je većina neizravne prirode. Od njih je do sada najviše korištena i najučinkovitija Tranzitna fotometrija , metoda koja mjeri svjetlosnu krivulju udaljenih zvijezda za periodične padove svjetline. To su rezultat prolaska egzoplaneta ispred zvijezde (tj. tranzita) u odnosu na promatrača.

Opis:

Ove promjene u svjetlini karakteriziraju vrlo mali padovi i za fiksna vremenska razdoblja, obično u blizini 1/10 000-og ukupnog sjaja zvijezde i samo na nekoliko sati. Te su promjene također povremene, uzrokujući iste padove svjetline svaki put i za isto vrijeme. Na temelju stupnja zamračenja zvijezda, astronomi također mogu dobiti vitalne informacije o egzoplanetima.



Zbog svih ovih razloga, tranzitna fotometrija se smatra vrlo robusnom i pouzdanom metodom detekcije egzoplaneta. Od 3.526 ekstrasolarnih planeta koji su do danas potvrđeni, metoda tranzita iznosi 2.771 otkriće – što je više od svih ostalih metoda zajedno.

prednosti:

Jedna od najvećih prednosti tranzitne fotometrije je način na koji može pružiti točna ograničenja veličine otkrivenih planeta. Očito se to temelji na mjeri u kojoj se svjetlosna krivulja zvijezde mijenja kao rezultat tranzita. Dok će mali planet uzrokovati suptilnu promjenu svjetline, veći planet prouzročit će zamjetniju promjenu.

U kombinaciji s metodom radijalne brzine (koja može odrediti masu planeta) može se odrediti gustoća planeta. Na temelju toga astronomi mogu procijeniti fizičku strukturu i sastav planeta - tj. odrediti je li to plinoviti div ili stjenoviti planet. Planeti koji su proučavani korištenjem obje ove metode daleko su najbolje okarakterizirani od svih poznatih egzoplaneta.

Osim otkrivanja promjera planeta, tranzitna fotometrija može omogućiti istraživanje atmosfere planeta putem spektroskopije. Kako svjetlost zvijezde prolazi kroz atmosferu planeta, rezultirajući spektri se mogu analizirati kako bi se utvrdilo koji su elementi prisutni, dajući tako tragove o kemijskom sastavu atmosfere.

Umjetnikov dojam ekstrasolarnog planeta koji prolazi kroz svoju zvijezdu. Zasluge: QUB Astrophysics Research Center

Na kraju, ali ne i najmanje važno, metoda tranzita također može otkriti stvari o temperaturi i zračenju planeta na temelju sekundarnih pomrčina (kada planet prođe iza svog sunca). Tom prilikom astronomi mjere fotometrijski intenzitet zvijezde, a zatim ga oduzimaju od mjerenja intenziteta zvijezde prije sekundarne pomrčine. To omogućuje mjerenje temperature planeta i može čak odrediti prisutnost formacija oblaka u atmosferi planeta.



nedostaci:

Tranzitna fotometrija također pati od nekoliko velikih nedostataka. Kao prvo, planetarni tranziti su vidljivi samo kada je orbita planeta savršeno usklađena s vidnom linijom astronoma. Vjerojatnost da se orbita planeta podudara s promatračevom točkom gledišta jednaka je omjeru promjera zvijezde i promjera orbite.

Samo oko 10% planeta s kratkim orbitalnim periodima doživljava takvo poravnanje, a to se smanjuje za planete s dužim orbitalnim periodima. Kao rezultat toga, ova metoda ne može jamčiti da određena zvijezda koja se promatra doista ima planete. Iz tog razloga, tranzitna metoda je najučinkovitija kada se istovremeno ispituju tisuće ili stotine tisuća zvijezda.

Također pati od znatne stope lažno pozitivnih; u nekim slučajevima, čak 40% u sustavima s jednim planetom (na temelju a Studija iz 2012 misije Kepler). To zahtijeva provođenje naknadnih promatranja, često oslanjajući se na drugu metodu. Međutim, stopa lažno pozitivnih opada za zvijezde kod kojih je otkriveno više kandidata.

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

Iako tranziti mogu otkriti mnogo o promjeru planeta, oni ne mogu postaviti točna ograničenja na masu planeta. Za to je najpouzdanija metoda radijalne brzine (kao što je ranije spomenuto), gdje astronomi traže znakove 'kolebanja' u orbiti zvijezde kako bi izmjerili gravitacijske sile koje djeluju na njih (koje uzrokuju planeti).

Ukratko, metoda tranzita ima neka ograničenja i najučinkovitija je kada je uparena s drugim metodama. Ipak, ostaje najčešće korišteno sredstvo 'primarne detekcije' - otkrivanja kandidata koji su kasnije potvrđeni drugom metodom - i odgovoran je za više otkrića egzoplaneta nego sve druge metode zajedno.

Primjeri tranzitnih fotometrijskih istraživanja:

Prolaznu fotometriju provode više zemaljskih i svemirskih zvjezdarnica diljem svijeta. Većina se, međutim, nalazi na Zemlji i oslanja se na postojeće teleskope u kombinaciji s najsuvremenijim fotometrima. Primjeri uključuju Super širokokutna pretraga planeta (SuperWASP), međunarodno istraživanje o lovu na egzoplanete koje se oslanja na Zvjezdarnica Roque de los Muchachos i Južnoafrički astronomski opservatorij .

Tu je i Mađarska automatizirana teleskopska mreža (HATNet), koji se sastoji od šest malih, potpuno automatiziranih teleskopa i održava ga Harvard-Smithsonian centar za astrofiziku . The Projekt MEarth je još jedan, robotski opservatorij financiran od Nacionalne znanstvene zaklade koji kombinira Zvjezdarnica Fred Lawrence Whipple (FLWO) u Arizoni s C erro Međuamerička zvjezdarnica Tololo (CTIO) u Čileu.

Kamere SuperWasp u Južnoafričkom astronomskom opservatoriju. Zasluge: projekt SuperWASP & David Anderson

Zatim je tu Kilodegree Ekstremno mali teleskop (KELT), astronomsko istraživanje koje zajednički provode Državno sveučilište Ohio, Sveučilište Vanderbilt, Sveučilište Lehigh i Južnoafričko astronomsko društvo (SAAO). Ovo istraživanje se sastoji od dva teleskopa, Winer Observatory u jugoistočnoj Arizoni i Sutherlandska astronomska promatračka postaja u Južnoj Africi.

Što se tiče svemirskih zvjezdarnica, najistaknutiji primjer je NASA-in Svemirski teleskop Kepler . Tijekom svoje početne misije, koja je trajala od 2009. do 2013., Kepler je otkrio 4.496 planetarnih kandidata i potvrdio postojanje 2.337 egzoplaneta. U studenom 2013., nakon kvara na dva njegova reakcijska kotača, teleskop je započeo svoju K2 misiju, tijekom kojeg je otkriveno dodatnih 515 planeta, a potvrđeno je 178.

Svemirski teleskop Hubble također je provodio tranzitna istraživanja tijekom svojih mnogo godina u orbiti. Na primjer, Prozor Strijelca u pomračenju Extrasolar Planet Search (SWEEPS) – koji se dogodio 2006. – sastojao se od Hubblea koji je promatrao 180.000 zvijezda u središnjem izbočini Mliječne staze. Ovo istraživanje otkrilo je postojanje 16 dodatnih egzoplaneta.

Drugi primjeri uključuju ESA-e Planetarna konvekcija i tranziti (COROT) – na engleskom “Convection rotation and planetary transits” – koji je djelovao od 2006. do 2012. Zatim je tu ESA-ina misija Gaia, koja je pokrenuta 2013. godine s ciljem stvaranja najvećeg 3D kataloga ikada napravljenog, koji se sastoji od preko 1 milijarde astronomskih predmeta.

NASA-in svemirski teleskop Kepler bio je prva misija agencije koja je sposobna otkriti planete veličine Zemlje. Zasluge: NASA/Wendy Stenzel

NASA je u ožujku 2018 Tranzitni satelit za istraživanje egzoplaneta (TESS) planirano je lansiranje u orbitu. Koristeći metodu tranzita, TESS će otkriti egzoplanete i također odabrati mete za daljnje proučavanje Svemirski teleskop James Webb (JSWT), koji će biti raspoređen 2019. godine. Između ove dvije misije očekuje se potvrda i karakterizacija ili više tisuća egzoplaneta.

Zahvaljujući poboljšanjima u pogledu tehnologije i metodologije, 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 su planetarni tranziti? , Što je metoda radijalne brzine? , 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 364: Misija COROT.

Za više informacija svakako posjetite NASA-inu stranicu na Istraživanje egzoplaneta , stranica Planetnog društva na Ekstrasolarni planeti i NASA/Caltech Arhiv egzoplaneta .

Izvori: