Velkommen tilbage til vores serie om eksoplanet-jagtmetoder! I dag ser vi på den nysgerrige og unikke metode, der kaldes Gravitational Microlensing.
Jakten på ekstrasolplaneter er helt sikkert blevet varm i det sidste årti. Takket være forbedringer foretaget inden for teknologi og metode har antallet af observerede exoplaneter (fra 1. december 2017) nået 3.710 planeter i 2.780 stjernesystemer, med 621 system med flere planeter. Desværre på grund af forskellige grænser astronomer er tvunget til at kæmpe med, er langt de fleste blevet opdaget ved hjælp af indirekte metoder.
En af de mere almindeligt anvendte metoder til indirekte påvisning af exoplaneter er kendt som Gravitational Microlensing. I hovedsagen er denne metode afhængig af tyngdekraften hos fjerne objekter til at bøje og fokusere lys fra en stjerne. Når en planet passerer foran stjernen i forhold til observatøren (dvs. foretager en transit), dypper lyset målbart, som derefter kan bruges til at bestemme en planets tilstedeværelse.
I denne henseende er Gravitational Microlensing en nedskaleret version af Gravitational Lensing, hvor et mellemliggende objekt (som en galakse-klynge) bruges til at fokusere lys, der kommer fra en galakse eller et andet objekt, der er placeret ud over det. Det indeholder også et nøgleelement i den meget effektive transitmetode, hvor stjerner overvåges for dips i lysstyrke for at indikere tilstedeværelsen af en exoplanet.
Beskrivelse:
I overensstemmelse med Einsteins teori om generel relativitet, får tyngdekraften stoffet i rumtid til at bøjes. Denne effekt kan få lys, der påvirkes af et objekts tyngdekraft, til at blive forvrængt eller bøjet. Det kan også fungere som en linse, hvilket får lyset til at blive mere fokuseret og får fjerne objekter (som stjerner) til at se lysere ud for en observatør. Denne virkning opstår kun, når de to stjerner er næsten nøjagtigt justeret i forhold til observatøren (dvs. den ene er placeret foran den anden).
Disse "linsebegivenheder" er korte, men rigelige, da Jorden og stjerner i vores galakse altid bevæger sig i forhold til hinanden. I det sidste årti er der observeret over tusind sådanne begivenheder og varede typisk i et par dage eller uger ad gangen. Faktisk blev denne virkning brugt af Sir Arthur Eddington i 1919 til at give det første empiriske bevis for generel relativitet.
Dette fandt sted under solformørkelsen den 29. maj 1919, hvor Eddington og en videnskabelig ekspedition rejste til øen Principe ud for vestafrikas kyst for at tage billeder af de stjerner, der nu var synlige i regionen omkring solen. Billederne bekræftede Einsteins forudsigelse ved at vise, hvordan lys fra disse stjerner blev forskudt let som svar på solens tyngdefelt.
Teknikken blev oprindeligt foreslået af astronomer Shude Mao og Bohdan Paczynski i 1991 som et middel til at lede efter binære ledsagere til stjerner. Deres forslag blev raffineret af Andy Gould og Abraham Loeb i 1992 som en metode til at afsløre eksoplaneter. Denne metode er mest effektiv, når man søger planeter mod midten af galaksen, da den galaktiske bule giver et stort antal baggrundsstjerner.
Fordele:
Mikrolensering er den eneste kendte metode, der er i stand til at opdage planeter i virkelig store afstande fra Jorden og er i stand til at finde den mindste af eksoplaneter. Mens radialhastighedsmetoden er effektiv, når man søger planeter op til 100 lysår fra Jorden og Transit Photometry kan registrere planeter, der er hundreder af lysår væk, kan mikrolysning finde planeter, der er tusinder af lysår væk.
Mens de fleste andre metoder har en detektionsbiasing mod mindre planeter, er mikrolenseringsmetoden det mest følsomme middel til at detektere planeter, der er omkring 1-10 astronomiske enheder (AU) væk fra sollignende stjerner. Mikrolensering er også det eneste beviste middel til at detektere lavmasse-planeter i bredere kredsløb, hvor både transitmetoden og radial hastighed er ineffektive.
Samlet giver disse fordele mikrolysering til den mest effektive metode til at finde jordlignende planeter omkring sollignende stjerner. Derudover kan mikroløsningsundersøgelser monteres effektivt ved hjælp af jordbaserede faciliteter. Ligesom Transit Photometry drager Microlensing-metoden fordel af det faktum, at den kan bruges til at undersøge titusinder af stjerner samtidig.
Ulemper:
Da mikrolenseringsbegivenheder er unikke og ikke genstand for gentagelse, vil planeter, der detekteres ved hjælp af denne metode, ikke være observerbare igen. Derudover har de planeter, der detekteres, en tendens til at være meget langt, hvilket gør opfølgningsundersøgelser næsten umulige. Heldigvis kræver mikrolenseringsdetektioner generelt ikke opfølgningsundersøgelser, da de har et meget højt signal-til-støj-forhold.
Selvom bekræftelse ikke er nødvendig, er nogle planetariske mikrolyseringsbegivenheder bekræftet. Planetens signal for begivenhed OGLE-2005-BLG-169 blev bekræftet af HST og Keck observationer (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Derudover kan mikroundersøgelsesundersøgelser kun producere grove skøn over en planets afstand, hvilket efterlader betydelige marginer for fejl.
Mikrolensering er heller ikke i stand til at give nøjagtige skøn over en planetes orbitalegenskaber, da den eneste orbitalkarakteristik, der direkte kan bestemmes med denne metode, er planetens nuværende halvhovedakse. Som sådan vil planeter med en excentrisk bane kun kunne påvises for en lille del af dens bane (når den er langt væk fra sin stjerne).
Endelig er mikrolensering afhængig af sjældne og tilfældige begivenheder - passage af en stjerne nøjagtigt foran en anden, set fra Jorden - hvilket gør detektioner både sjældne og uforudsigelige.
Eksempler på gravitationsmikrolenseringsundersøgelser:
Undersøgelser, der er afhængige af mikrolenseringsmetoden, inkluderer Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) ved universitetet i Warszawa. Anført af Andrzej Udalski, direktøren for universitetets astronomiske observatorium, bruger dette internationale projekt det 1,3 meter “Warszawa” -teleskop i Las Campanas, Chile, til at søge efter mikrolyseringsbegivenheder i et felt på 100 stjerner omkring den galaktiske bule.
Der er også Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) -gruppen, en samarbejdsindsats mellem forskere i New Zealand og Japan. Anført af professor Yasushi Muraki fra Nagoya University, bruger denne gruppe mikrolenseringsmetoden til at gennemføre undersøgelser for mørke stoffer, ekstrasolplaneter og stjernestemte atmosfærer fra den sydlige halvkugle.
Og så er der Probing Lensing Anomalies NETwork (PLANET), der består af fem 1-meter teleskoper fordelt omkring den sydlige halvkugle. I samarbejde med RoboNet er dette projekt i stand til at tilvejebringe næsten kontinuerlige observationer af mikrolyseringsbegivenheder forårsaget af planeter med masser så lave som Jordens.
Den hidtil mest følsomme undersøgelse er det koreanske Microlensing Telescope Network (KMTNet), et projekt, der blev indledt af Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) i 2009. KMTNet er afhængig af instrumenterne ved tre sydlige observatorier for at give 24-timers kontinuerlig overvågning af den galaktiske bule, der søger efter mikrolenseringsbegivenheder, der vil pege vejen mod jordmasseplaneter, der kredser med deres stjerner beboelige zoner.
Vi har skrevet mange interessante artikler om eksoplanetdetektion her på Space Magazine. Her er Hvad er ekstra solplaneter ?, Hvad er transitmetoden ?, Hvad er metoden Radialhastighed ?, Hvad er gravitationslinsering? og Keplers univers: Flere planeter i vores Galaxy end stjerner
For mere information, skal du huske at tjekke NASAs side om Exoplanet Exploration, Planetarium Society's side om Extrasolar Planets og NASA / Caltech Exoplanet Archive.
Astronomy Cast har også relevante episoder om emnet. Her er afsnit 208: Spitzer-rumteleskopet, afsnit 337: Photometry, afsnit 364: The CoRoT Mission, og afsnit 367: Spitzer Does Exoplanets.
Kilder:
- NASA - 5 måder at finde en planet på
- Planetary Society - Microlensing
- Wikipedia - Metoder til påvisning af eksoplaneter
