Vítejte všechny u prvního z našeho seriálu o metodách lovu exoplanet. Dnes začneme nejoblíbenější a nejrozšířenější metodou, známou jako Transit Method (aka. Transit Photometry).
Po staletí astronomové spekulovali o existenci planet mimo naši sluneční soustavu. Přece s mezi 100 a 400 miliard samotných hvězd v Galaxii Mléčná dráha se zdálo nepravděpodobné, že by naše byla jediná, která má systém planet. Astronomové však jeho existenci potvrdili teprve během několika posledních desetiletí mimosluneční planety (aka. exoplanety).
Astronomové používají různé metody k potvrzení existence exoplanet, z nichž většina má nepřímou povahu. Z nich je dosud nejpoužívanější a nejefektivnější Tranzitní fotometrie , metoda, která měří světelnou křivku vzdálených hvězd pro periodické poklesy jasu. Ty jsou výsledkem přechodu exoplanet před hvězdou (tj. tranzitu) vzhledem k pozorovateli.
Popis:
Tyto změny jasnosti jsou charakterizovány velmi malými poklesy a po pevně stanovenou dobu, obvykle v blízkosti 1/10 000 celkové jasnosti hvězdy a pouze po dobu několika hodin. Tyto změny jsou také periodické a způsobují stejné poklesy jasu pokaždé a po stejnou dobu. Na základě toho, do jaké míry hvězdy stmívají, jsou astronomové také schopni získat důležité informace o exoplanetách.
Ze všech těchto důvodů je Transit Photometry považována za velmi robustní a spolehlivou metodu detekce exoplanet. Z 3 526 extrasolárních planet, které byly dosud potvrzeny, má metoda tranzitu na svědomí 2 771 objevů – což je více než všechny ostatní metody dohromady.
výhody:
Jednou z největších výhod Transit Photometry je způsob, jakým může poskytnout přesné omezení velikosti detekovaných planet. Je zřejmé, že je to založeno na rozsahu, v jakém se světelná křivka hvězdy mění v důsledku tranzitu. Zatímco malá planeta způsobí jemnou změnu jasu, větší planeta způsobí výraznější změnu.
V kombinaci s metodou Radial Velocity (která dokáže určit hmotnost planety) lze určit hustotu planety. Z toho jsou astronomové schopni posoudit fyzickou strukturu a složení planety – tedy určit, zda se jedná o plynného obra nebo kamennou planetu. Planety, které byly studovány pomocí obou těchto metod, jsou zdaleka nejlépe charakterizované ze všech známých exoplanet.
Kromě odhalení průměru planet může tranzitní fotometrie umožnit zkoumání atmosféry planety pomocí spektroskopie. Když světlo z hvězdy prochází atmosférou planety, lze výsledná spektra analyzovat, aby bylo možné určit, jaké prvky jsou přítomny, a poskytnout tak vodítka k chemickému složení atmosféry.
Umělcova představa extrasolární planety procházející svou hvězdou. Kredit: QUB Astrophysics Research Center
V neposlední řadě může tranzitní metoda také odhalit věci o teplotě a záření planety na základě sekundárních zatmění (když planeta přechází za svým sluncem). Při této příležitosti astronomové měří fotometrickou intenzitu hvězdy a poté ji odečítají od měření intenzity hvězdy před sekundárním zatměním. To umožňuje měření teploty planety a může dokonce určit přítomnost mraků v atmosféře planety.
Nevýhody:
Transit Photometry také trpí několika hlavními nevýhodami. Za prvé, planetární tranzity jsou pozorovatelné pouze tehdy, když je oběžná dráha planety dokonale zarovnána s linií pohledu astronomů. Pravděpodobnost, že se oběžná dráha planety shoduje s pozorovacím bodem, je ekvivalentní poměru průměru hvězdy k průměru oběžné dráhy.
Pouze asi 10 % planet s krátkou oběžnou dobou zažívá takové zarovnání a u planet s delšími oběžnými dobami se to snižuje. V důsledku toho tato metoda nemůže zaručit, že konkrétní pozorovaná hvězda skutečně hostí nějaké planety. Z tohoto důvodu je tranzitní metoda nejúčinnější při průzkumu tisíců nebo stovek tisíc hvězd najednou.
Trpí také značnou mírou falešně pozitivních výsledků; v některých případech až 40 % v jednoplanetových systémech (na základě a studie 2012 mise Kepler). To vyžaduje, aby byla prováděna následná pozorování, která se často spoléhají na jinou metodu. Míra falešně pozitivních výsledků však klesá u hvězd, kde bylo detekováno více kandidátů.
Počet objevů extrasolárních planet za rok do září 2014 s barvami označujícími způsob detekce – radiální rychlost (modrá), tranzit (zelená), načasování (žlutá), přímé zobrazování (červená), mikročočka (oranžová). Kredit: Public domain
Zatímco tranzity mohou odhalit mnoho o průměru planety, nemohou umístit přesná omezení na hmotnost planety. Z tohoto důvodu je nejspolehlivější metoda radiální rychlosti (jak již bylo uvedeno výše), kde astronomové hledají známky „kolísání“ na oběžné dráze hvězdy, aby změřili gravitační síly, které na ně působí (které jsou způsobeny planetami).
Stručně řečeno, metoda tranzitu má určitá omezení a je nejúčinnější, když je spárována s jinými metodami. Přesto zůstává nejrozšířenějším prostředkem „primární detekce“ – detekce kandidátů, kteří jsou později potvrzeni pomocí jiné metody – a je zodpovědná za více objevů exoplanet než všechny ostatní metody dohromady.
Příklady tranzitních fotometrických průzkumů:
Tranzitní fotometrii provádí několik pozemských a vesmírných observatoří po celém světě. Většina však pochází ze Země a spoléhá na existující dalekohledy kombinované s nejmodernějšími fotometry. Příklady zahrnují Super širokoúhlé vyhledávání planet (SuperWASP) průzkum, mezinárodní průzkum lovu exoplanet, který se opírá o Observatoř Roque de los Muchachos a Jihoafrická astronomická observatoř .
K dispozici je také Maďarská síť automatizovaných dalekohledů (HATNet), který se skládá ze šesti malých, plně automatizovaných dalekohledů a je spravován společností Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics . The Projekt MEarth je další, robotická observatoř financovaná Národní vědeckou nadací, která kombinuje Observatoř Freda Lawrence Whipplea (FLWO) v Arizoně s C erro Tololo meziamerická observatoř (CTIO) v Chile.
Kamery SuperWasp na Jihoafrické astronomické observatoři. Kredit: projekt SuperWASP & David Anderson
Pak je tu Kilodegree extrémně malý dalekohled (KELT), astronomický průzkum společně spravovaný Ohio State University, Vanderbilt University, Lehigh University a Jihoafrická astronomická společnost (SAAO). Tento průzkum se skládá ze dvou dalekohledů, Vinařská observatoř v jihovýchodní Arizoně a Astronomická observační stanice Sutherland v Jižní Africe.
Pokud jde o vesmírné observatoře, nejpozoruhodnějším příkladem je NASA Keplerův vesmírný dalekohled . Během své počáteční mise, která probíhala v letech 2009 až 2013, Kepler detekoval 4 496 planetárních kandidátů a potvrdil existenci 2 337 exoplanet. V listopadu 2013, po selhání dvou jeho reakčních kol, teleskop zahájil svou misi K2, během které bylo detekováno dalších 515 planet a 178 bylo potvrzeno.
Hubbleův vesmírný dalekohled také prováděl průzkumy tranzitů během mnoha let na oběžné dráze. Například, Střelec Window Eclipsing Extrasolar Planet Search (SWEEPS) – který se konal v roce 2006 – spočíval v tom, že HST pozoroval 180 000 hvězd v centrální výduti Mléčné dráhy. Tento průzkum odhalil existenci dalších 16 exoplanet.
Mezi další příklady patří ESA Konvekční rotace a planetární tranzity (COROT) – v angličtině „Convection rotation and planetary transits“ – která fungovala v letech 2006 až 2012. Pak je tu mise ESA Gaia, která byla zahájena v roce 2013 s cílem vytvořit největší 3D katalog, který byl kdy vytvořen, skládající se z více než 1 miliardy astronomických objektů.
Vesmírný dalekohled NASA Kepler byl první misí agentury schopnou detekovat planety velikosti Země. Poděkování: NASA/Wendy Stenzel
V březnu 2018 NASA Satelit pro průzkum tranzitujících exoplanet (TESS) má být vypuštěn na oběžnou dráhu. Pomocí tranzitní metody bude TESS detekovat exoplanety a také vybrat cíle pro další studium Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JSWT), která bude nasazena v roce 2019. Mezi těmito dvěma misemi se očekává potvrzení a charakterizace mnoha tisíc exoplanet.
Díky vylepšení v oblasti technologie a metodologie se objevování exoplanet v posledních letech rozrostlo mílovými kroky. S tisíci potvrzenými exoplanetami se pozornost postupně přesunula směrem k charakterizaci těchto planet, abychom se dozvěděli více o jejich atmosférách a podmínkách na jejich povrchu.
V nadcházejících desetiletích, částečně díky rozmístění nových misí, se očekává, že dojde k několika velmi hlubokým objevům!
Na Universe Today máme mnoho zajímavých článků o lovu exoplanet. Zde je Co jsou extra sluneční planety? , Co jsou to planetární tranzity? , Co je metoda radiální rychlosti? , Co je metoda přímého zobrazování? , Co je metoda gravitační mikročočky? , a Keplerův vesmír: Více planet v naší Galaxii než hvězd .
Astronomy Cast má také několik zajímavých epizod na toto téma. Zde je Epizoda 364: Mise COROT.
Pro více informací se nezapomeňte podívat na stránku NASA Průzkum exoplanet , na stránce Planetární společnosti Extrasolární planety a NASA/Caltech Archiv exoplanet .
Prameny:
