6 Minutės
Astronomai pirmą kartą tiesiogiai išmatavo masę ir atstumą vienišos, Saturno dydžio planetos, klajojančios Paukščių Take. Šį atradimą leido pasiekti nedažna stebėjimų derinys: vienalaikė gravitacinės mikrolęšės (mikrolęšio) fiksacija tiek Žemėje, tiek kosmose, kuri atvėrė galimybę nustatyti savybes, paprastai dingstančias trumpame gravitusiniame blyksnyje.
Kaip jie „svarsčiavo“ klajojančią pasaulį
Dauguma planetų lieka prijungtos prie savo šeimininkų — žvaigždžių. Tačiau didėjantis laisvai skriejančių, dar vadinamų „rogue“ arba klajojančiomis, planetų katalogas rodo, kad tam tikra dalis planetų keliauja tarp žvaigždžių nešviečiant saulei. Kadangi tokios planetos yra šaltos ir blankios infraraudonųjų ar optinių bangų ruože, astronomai jas dažniausiai aptinka tik tada, kai jų trauka trumpam padidina tolimo fono žvaigždės šviesumą — tai vadinama gravitacine mikrolęše arba mikrolęšingu.
Mikrolęšių įvykiai yra labai trumpalaikiai ir subtilūs: iš vieno stebėjimo taško dažnai neįmanoma patikimai nustatyti objekto atstumo, o be atstumo neįmanoma tiksliai apskaičiuoti masės. Todėl tradicinės vienvietės fotometrijos kampanijos dažnai palieka masės ir vietos duomenų nežinomybę, ypač kai blykstės trukmė yra labai trumpa arba kai šaltinis yra mažas ir blankus.
Šiuo atveju Subo Dong vadovaujama komanda sujungė duomenis iš kelių žemės paviršiaus apžvalgų su matavimais, gautais iš erdvės teleskopo Gaia. Tas pats mikrolęšio blyksnis pasiekė stebėtojus skirtingose vietose šiek tiek skirtingu laiku ir kampine padėtimi. Maži laiko ir geometriniai poslinkiai — vadinami mikrolęšio paralaksu — leido ypatingai sumažinti klasikines degeneracijas, kurios įprastai kompromituoja masės įverčius. Susiedami paralakso matavimus su baigtinio šaltinio, taško lęšio (finite-source point-lens) modeliais, mokslininkai galėjo išvesti tiek planetos masę, tiek jos lokalizaciją Galaktikoje.
Key measurements and instruments
- Žemės apžvalgų mikrolęšių aptikimai suteikė pradinį šviesos kreivės parašą.
- Gaia erdvės teleskopo pozicija užtikrino reikalingą paralakso pagrindą.
- Modeliavimas sujungė įvykio trukmę, piko padidėjimą ir šaltinio dydžio efektus, kad būtų įvertinta masė ir atstumas.
Tylusis Saturnas ir jo reikšmė
Nustatytas objektas turi maždaug 22 procentus Jupitero masės — tai yra panašu į Saturno masę — ir išsidėstęs maždaug už 3 000 parsekų nuo Galaktikos centro. Toks masės intervalas stipriai rodo, kad planeta susiformavo protoplanetiniame diske aplink žvaigždę, o ne susidaro tiesiogiai kolapsuojant kaip rudasis nykštukas. Labiausiai tikėtini kilmės scenarijai apima dinaminius išstūmimus: sunkio jėgos sąveikos su giminingomis planetomis, smūginės perturbacijos nuo praskriejančios žvaigždės arba nestabilaus žvaigždės kompaniono gali išmesti planetą iš jos gimtinės sistemos ir paleisti ją į tarpgalaktinę erdvę.
Tikslesni masės ir trajektorijų matavimai leidžia atskirti, ar aptikti laisvai skriejantys kūnai yra tikros planetos, anksčiau priklausiusios žvaigždžių sistemoms, ar mažo masės rudieji nykštukai ar protostarinės įsčios. Šis konkretus radinys palaiko hipotezę, kad žemo masės laisvosios planetos daugeliu atvejų yra normalių planetinių sistemų liekanos — išmestos planetos, o ne „nepavykusios žvaigždės". Tokie įrodymai teikia tiesioginį apribojimą tam, kaip dažnai sistemų architektūra permąstoma per dinamiškai katastrofiškus įvykius.
Svarbu pabrėžti, kad surinkti duomenys ir jų analizė taip pat suteikia testavimo lauką planetų formavimo ir migracijos modeliams. Kai kurie modeliai prognozuoja, kad jaunose sistemose intensyvios sąveikos ir planetų migracija gali išmesti didelę dalį mažesnių planetų; kiti siūlo, kad toks reiškinys yra retesnis. Nauji masės ir erdvinių pasiskirstymų įverčiai palaipsniui leis atskirti šias teorijas ir apskaičiuoti, kiek tokios klajojančios planetos prisideda prie visos Galaktikos planetų alėjos.
Gavin Coleman, rašydamas susijusioje Perspektyvoje, pabrėžė kombinuotos žemės ir kosmoso mikrolęšių vertę: jis pažymėjo, kad vienalaikiai stebėjimai gali patikslinti misijų planavimą ir pagilinti mūsų supratimą apie planetų formavimąsi Paukščių Take.
Ateities perspektyvos: apžvalgos ir Roman kosminis teleskopas
Nors iki šiol patvirtintų laisvai skriejančių planetų skaičius nėra didelis, atradimų tempas turėtų kilti. NASA projektuojamas Nancy Grace Roman Space Telescope, planuojamas pradėti mikrolęšių apžvalgą vėlyvaisiais 2020-aisiais, stebės tankius žvaigždžių laukus plačiajuosčiu infraraudonųjų spindulių vaizdavimu ir bus optimizuotas trumpiems, silpniems mikrolęšių įvykiams fiksuoti. Roman teleskopas savo plataus lauko IR kameros jautrumu yra itin pranašesnis aptinkant trumpalaikes blykstes regione, kuriame optiniai teleskopai gali praleisti signalą dėl dulkių ar silpno šaltinio.
Kai Romano duomenys sinchronizuojami su žemės observatorijomis ir astrometriniais palydovais, tokiais kaip Gaia, astronomams atsiveria daugiau galimybių išmatuoti paralaksą, skirtingas stebėjimo geometrijas ir taip pat gauti papildomus laiko vėlavimus tarp stebėtų signalų. Tokie koordinuoti stebėjimai reikšmingai pagerins tikimybę nuosekliai nustatyti masę ir atstumą daugeliui kitų klajojančių planetų.
Be statistinės „cenzos" sudarymo, preciziški masės ir erdvinių tankių matavimai leis rafinuoti planetų formavimo ir migracijos modelius, taip pat kiekybiškai įvertinti išmestų pasaulių indėlį į Galaktikos planetų inventorių. Technologijos ir stebėjimo metodai, sukurti šioms kampanijoms — tarp jų preciziškesnė fotometrija, spartesnis įvykių aptikimas ir pažangesni modeliai, įskaitant Monte Carlo ir Markov Chain Monte Carlo (MCMC) analizę — taip pat pagerins mūsų gebėjimą rasti mažesnes, Žemės ar Neptūno masės laisvai skriejančias planetas, jei tokių egzistuoja dideliais kiekiais.
Svarbu pažymėti, kad astrometriniai priemonės ir interferometrijos grynumas taip pat gali prisidėti prie tiekinamos paralakso matavimo: ne tik laiko vėlavimai, bet ir poziciniai poslinkiai šviesos kreivėje gali suteikti nepriklausomą informaciją apie objekto masę ir judėjimą. Kai šie skirtingi metodai bus derinami, bus galima gauti visapusiškesnį vaizdą apie laisvai skriejančių planetų demografiją ir jų kilmės mechanizmus.
Expert Insight
Dr. Elena Marquez, stebinčių mikrolęšių apžvalgas atliekanti observacinė astrofizikė, komentavo: 'Tokio tipo paralakso matavimas yra žaidimo keitiklis. Jis paverčia trumpalaikį šviesumo šuolį į fizinį masės ir atstumo matavimą. Su Roman teleskopu ir koordinuotais žemės stebėjimais mes peržengsime nuo pavienių aptikimų prie statistinės laisvai skriejančių planetų sąrašo.'
Ji pridūrė, kad tinkamai sukurta stebėjimų infrastruktūra — apimanti greitą duomenų srautų apdorojimą, automatinį įvykių klasifikavimą ir greitą stebėjimų perskirstymą tarp observatorijų — bus būtina, kad būtų galima pasinaudoti trumpalaikėmis ir retomis galimybėmis. Tokių tinklų brandinimas leis Galaktikos vienišų pasaulių populiacijai išryškėti aštriau — ir kiekvienas naujas matavimas pamažu tobulins mūsų supratimą apie tai, kaip planetų sistemos gyvena, konfliktuoja ir kartais išmeta savo narius į tamsą tarp žvaigždžių.
Baigiant verta paminėti, kad šio tipo tyrimai taip pat turi tarpininkavimo svarbą tarp stebėjimų ir teorijos: tyrėjų bendruomenė, modeliuotojai ir instrumentų kūrėjai turi glaudžiai bendradarbiauti, kad optimizuotų įrankius ir analizės schemas, reikalingas patikimiems masės bei atstumo įverčiams. Tokios bendros pastangos užtikrins, kad artėjantys metai atneš ne tik daugiau atradimų, bet ir geresnį supratimą apie kylančius klausimus, pvz., laisvai skriejančių planetų gausą, jų masių pasiskirstymą ir indėlį į Galaktikos planetinę demografiją.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą