Przejdź do treści

Egzoplanety nie ukryją swoich tajemnic przed innowacyjnym nowym instrumentem

img

Amerykański zespół badawczy odkrył sekrety nieuchwytnej egzoplanety za pomocą nowego potężnego instrumentu zamontowanego na 8-metrowym teleskopie Gemini North na Maunakea na Hawajach. Odkrycie nie tylko klasyfikuje egzoplanetę wielkości Jowisza w ciasnym układzie podwójnym gwiazd, ale także jednoznacznie pokazuje, po raz pierwszy, wokół której z dwóch gwiazd krąży planeta.

Przełom nastąpił, gdy Steve B. Howell z NASA Ames Research Center i jego zespół zastosował wysokiej rozdzielczości instrument obrazujący o nazwie ‘Alopeke (współczesne hawajskie słowo oznaczające Lisa). Zespół zaobserwował egzoplanetę Kepler-13b, gdy przechodziła przed tarczą jednej z gwiazd w układzie podwójnym Kepler-13AB odległym od nas o 2000 lat świetlnych. Wcześniej prawdziwa natura egzoplanety była tajemnicą.

„Była dezorientacja w związku z Kepler-13b: czy to gwiazda o małej masie, czy gorący świat podobny do Jowisza? Więc opracowaliśmy eksperyment z wykorzystaniem chytrego urządzenia ‘Alopeke. Monitorowaliśmy obie gwiazdy, Kepler A i Kepler B, jednocześnie szukając jakichkolwiek zmian jasności podczas tranzytu planety. Ku naszej radości nie tylko rozwiązaliśmy tajemnicę, ale także otworzyliśmy okno na nową erę badań egzoplanet.” – powiedział Howell.

„Ta podwójna wygrana podniosła znaczenie instrumentów takich jak ‘Alopeke w badaniach egzoplanet. Znakomite zdolności obserwacyjne Gemini Observatory, a także innowacyjny instrument ‘Alopeke umożliwiły to odkrycie w ciągu zaledwie czterech godzin obserwacji” – powiedział Chris Davis z National Science Foundation.

‘Alopeke wykonuje „obrazowanie plamek”, zbierając tysiące 60-milisekundowych ekspozycji co minutę. Po przetworzeniu tak dużej ilości danych końcowe zdjęcia są wolne od niekorzystnych skutków turbulencji atmosferycznych – które mogą powodować rozmycia i zniekształcenia obrazów gwiazd.

„Około połowa wszystkich egzoplanet krąży wokół gwiazdy w układach podwójnych, ale do tej pory nie byliśmy w stanie dokładnie określić, która z gwiazd jest gospodarzem planety” – mówi Howell.

Analiza zespołu ujawniła wyraźny spadek jasności Keplera A, co dowodzi, że planeta krąży wokół jaśniejszej z dwóch gwiazd. Co więcej ‘Alopeke dostarcza jednoznacznych danych na długości fali zarówno czerwonej, jak i niebieskiej, co jest niezwykłą funkcją dla obrazowanych plamek. Porównując dane światła czerwonego i niebieskiego badacze byli zaskoczeni, gdy odkryli, że spadek w świetle niebieskim był około dwa razy głębszy, niż spadek widoczny w świetle czerwonym. Można to wyjaśnić gorącą egzoplanetą o bardzo rozszerzonej atmosferze, która bardziej skutecznie blokuje światło na niebieskiej długości fali. Tak więc te wielokolorowe obserwacje dają kuszące spojrzenie na wygląd tego odległego świata.

Wczesne obserwacje kiedyś wskazały, że obiekt tranzytujący jest gwiazdą o małej masie lub brązowym karłem. Jednak badania Howella i jego zespołu prawie na pewno pokazują, że obiekt ten jest podobną do Jowisza olbrzymią gazową egzoplanetą z „nadmuchaną” atmosferą wywołaną narażeniem na ogromne promieniowanie gwiazdy macierzystej.

‘Alopeke ma identycznego bliźniaka na teleskopie Gemini South w Chile, o nazwie Zorro, co po hiszpańsku oznacza Lis. Podobnie jak ‘Alopeke, Zorro jest zdolny do obrazowania plamek zarówno na niebieskiej jak i czerwonej długości fali. Obecność tych instrumentów na obu półkulach pozwala Obserwatorium Gemini analizować tysiące egzoplanet znanych w wielu układach gwiazdowych.

„Obrazowanie plamek przeżywa renesans dzięki technologii takiej, jak szybkie, niskoszumowe detektory, które stają się łatwiej dostępne. W połączeniu z dużym lustrem głównym Gemini ‘Alopeke ma realny potencjał do dokonywania jeszcze bardziej znaczących odkryć egzoplanet poprzez dodanie innego wymiaru do wyszukiwania” – powiedział członek zespołu Andrew Stephens z teleskopu Gemini North.

Po raz pierwszy zaproponowane przez francuskiego astronoma Antoine Labeyrie w 1970 roku obrazowanie plamek opiera się na idei, że turbulencje atmosferyczne można „zamrozić” przy otrzymywaniu bardzo krótkich ekspozycji. Na tych krótkich ekspozycjach gwiazdy wyglądają jak zbiory małych punktów lub plamek, gdzie każda z tych plamek ma rozmiar optymalnego limitu rozdzielczości teleskopu. Podczas wykonywania wielu ekspozycji i sprytnego podejścia matematycznego plamki te można zrekonstruować, aby stworzyć prawdziwy obraz źródła, usuwając efekty turbulencji atmosferycznych. Rezultatem jest obraz o najwyższej jakości, jaki może wytworzyć teleskop, skutecznie uzyskując kosmiczną rozdzielczość z ziemi – co czyni te instrumenty doskonałymi sondami środowisk pozasłonecznych, w których mogą się znajdować planety.

Odkrycie planet krążących wokół innych gwiazd zmieniło spojrzenie na nasze miejsce we Wszechświecie. Misje kosmiczne, takie jak Kepler/K2 i TESS pokazały, że na niebie jest dwukrotnie więcej planet krążących wokół gwiazd niż gwiazd widocznych nieuzbrojonym okiem; do tej pory łączna liczba odkryć wynosi około 4000. 

„Misje te obserwują duże pola widzenia zawierające setki tysięcy gwiazd, więc nie mają wystarczającej rozdzielczości przestrzennej niezbędnej do głębszego badania. Jednym z głównych odkryć badań egzoplanet jest to, że około połowa wszystkich egzoplanet krąży wokół gwiazdy w układzie podwójnym. Zrozumienie tych złożonych systemów wymaga technologii, które mogą przeprowadzić obserwacje czułe na czas i badać najdrobniejsze szczegóły z wyjątkową przejrzystością” – mówi Howell.

„Nasza praca z Kepler-13b stanowi model przyszłych badań egzoplanet w układach wielokrotnych gwiazd. Obserwacje podkreślają zdolność obrazowania w wysokiej rozdzielczości za pomocą potężnych teleskopów, takich jak Gemini, nie tylko do oceny, które gwiazdy z planetami występują w układach podwójnych, ale także do zdecydowanego określenia, którą gwiazdę okrąża planeta” – dodaje Howell.

Więcej:
Exoplanets Can’t Hide Their Secrets from Innovative New Instrument

High-resolution Imaging Transit Photometry of Kepler-13AB

Źródło: Gemini

Na zdjęciu: Wizja artystyczna układu podwójnego Kepler-13AB ujawniona dzięki obserwacjom. Źródło: Gemini Observatory/NSF/AURA/Artwork by Joy Pollard