Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Exoplaneter kan ikke skjule deres hemmeligheder fra innovativt nyt instrument

Kunstnerens opfattelse af Kepler-13AB dobbeltstjernesystemet som afsløret af observationer, herunder de nye Gemini Observatory-data. De to stjerner (A og B) er store, massive blålige stjerner (i midten) med den transiterende "varme Jupiter" (Kepler-13b) i forgrunden (venstre hjørne). Stjerne B og dens røde dværg-ledsagerstjerne med lav masse ses i baggrunden til højre. Kredit:Gemini Observatory/NSF/AURA/Artwork af Joy Pollard

I en hidtil uset bedrift, et amerikansk forskerhold opdagede skjulte hemmeligheder om en undvigende exoplanet ved hjælp af et kraftfuldt nyt instrument ved det 8 meter lange Gemini North-teleskop på Maunakea i Hawai'i. Resultaterne klassificerer ikke kun en exoplanet på størrelse med Jupiter i et tæt dobbeltstjernesystem, men også endegyldigt demonstrere, for første gang, hvilken stjerne planeten kredser om.

Gennembruddet skete, da Steve B. Howell fra NASA Ames Research Center og hans team brugte et højopløsnings-billedinstrument af deres design - ved navn 'Alopeke (et moderne hawaiiansk ord for Fox). Holdet observerede exoplaneten Kepler-13b, da den passerede foran (transiterede) en af ​​stjernerne i Kepler-13AB dobbeltstjernesystemet omkring 2, 000 lysår væk. Forud for dette forsøg, exoplanetens sande natur var et mysterium.

"Der var forvirring over Kepler-13b:var det en stjerne med lav masse eller en varm Jupiter-lignende verden? Så vi udtænkte et eksperiment med det snu instrument 'Alopeke, " sagde Howell. Forskningen blev for nylig offentliggjort i Astronomisk Tidsskrift . "Vi overvågede begge stjerner, Kepler A og Kepler B, samtidig, mens man leder efter ændringer i lysstyrken under planetens transit, Howell forklarede. "Til vores fornøjelse, vi løste ikke kun mysteriet, men åbnede også et vindue ind i en ny æra af exoplanetforskning."

"Denne dobbelte sejr har øget vigtigheden af ​​instrumenter som 'Alopeke i exoplanetforskning, " sagde Chris Davis fra National Science Foundation, et af Geminis sponsorbureauer. "De udsøgte se- og teleskopevner ved Gemini Observatory, såvel som det innovative 'Alopeke-instrument gjorde denne opdagelse mulig på kun fire timers observationer."

'Alopeke udfører "plettet billeddannelse, " indsamler tusindvis af eksponeringer på 60 millisekunder hvert minut. Efter at have behandlet denne store mængde data, de endelige billeder er fri for de negative virkninger af atmosfærisk turbulens - som kan svulme op, sløring, og forvrænge stjernebilleder.

"Omkring halvdelen af ​​alle exoplaneter kredser om en stjerne, der befinder sig i et binært system, endnu, indtil nu, vi var ude af stand til at bestemme, hvilken stjerne der er vært for planeten, " sagde Howell.

Holdets analyse afslørede et klart fald i lyset fra Kepler A, beviser, at planeten kredser om den lyseste af de to stjerner. I øvrigt, 'Alopeke leverer samtidig data ved både røde og blå bølgelængder, en usædvanlig egenskab for speckle imagers. Sammenligning af røde og blå data, forskerne blev overraskede over at opdage, at dykket i stjernens blå lys var cirka dobbelt så dybt som dykket set i rødt lys. Dette kan forklares med en varm exoplanet med en meget udvidet atmosfære, som mere effektivt blokerer lyset ved blå bølgelængder. Dermed, disse flerfarvede spætteobservationer giver et fristende indblik i udseendet af denne fjerne verden.

Tidlige observationer pegede engang på, at det transiterende objekt enten var en lavmassestjerne eller en brun dværg (et objekt et sted mellem de tungeste planeter og de letteste stjerner). Men Howell og hans teams forskning viser næsten helt sikkert, at objektet er en Jupiter-lignende gasgigant exoplanet med en "opblæst" atmosfære på grund af eksponering for den enorme stråling fra dens værtsstjerne.

Alopeke har en identisk tvilling ved Gemini South-teleskopet i Chile, ved navn Zorro, som er ordet for ræv på spansk. Som 'Alopeke, Zorro er i stand til at tage pletter i både blå og røde bølgelængder. Tilstedeværelsen af ​​disse instrumenter i begge halvkugler gør det muligt for Gemini Observatory at løse de tusindvis af exoplaneter, der vides at være i flere stjernesystemer.

"Speckle imaging oplever en renæssance med teknologi som hurtig, lavstøjsdetektorer bliver lettere tilgængelige, " sagde teammedlem og 'Alopeke-instrumentforsker Andrew Stephens ved Gemini North-teleskopet. "Kombineret med Geminis store primære spejl, "Alopeke har et reelt potentiale til at gøre endnu mere betydningsfulde exoplanetopdagelser ved at tilføje en anden dimension til søgningen."

Først foreslået af den franske astronom Antoine Labeyrie i 1970, speckle imaging er baseret på ideen om, at atmosfærisk turbulens kan "fryses", når man opnår meget korte eksponeringer. I disse korte eksponeringer, stjerner ligner samlinger af små pletter, eller pletter, hvor hver af disse pletter har størrelsen af ​​teleskopets optimale opløsningsgrænse. Når du tager mange eksponeringer, og ved at bruge en smart matematisk tilgang, disse pletter kan rekonstrueres for at danne det sande billede af kilden, fjernelse af virkningen af ​​atmosfærisk turbulens. Resultatet er det højeste billedkvalitet, som et teleskop kan producere, effektivt at opnå rumbaseret opløsning fra jorden - hvilket gør disse instrumenter til fremragende sonder af ekstrasolare miljøer, der kan rumme planeter.

Opdagelsen af ​​planeter, der kredser om andre stjerner, har ændret synet på vores plads i universet. Rummissioner som NASAs Kepler/K2-rumteleskop og Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) har afsløret, at der er dobbelt så mange planeter, der kredser om stjerner på himlen, end der er stjerner, der er synlige for de blotte øjne; til dato svæver det samlede antal opdagelser omkring 4, 000. Mens disse teleskoper registrerer exoplaneter ved at lede efter små fald i en stjernes lysstyrke, når en planet krydser foran den, de har deres grænser.

"Disse missioner observerer store synsfelter, der indeholder hundredtusindvis af stjerner, så de ikke har den fine rumlige opløsning, der er nødvendige for at sondere dybere, " sagde Howell. "En af de største opdagelser inden for exoplanetforskning er, at omkring halvdelen af ​​alle exoplaneter kredser om stjerner, der befinder sig i binære systemer. At give mening ud af disse komplekse systemer kræver teknologier, der kan udføre tidsfølsomme observationer og undersøge de finere detaljer med enestående klarhed."

"Vores arbejde med Kepler-13b står som en model for fremtidig forskning af exoplaneter i flere stjernesystemer, Howell fortsatte. "Observationerne fremhæver evnen til højopløsningsbilleddannelse med kraftige teleskoper som Gemini til ikke kun at vurdere, hvilke stjerner med planeter er i binære, men også robust bestemme, hvilke af stjernerne exoplaneten kredser."


Varme artikler