Opdagelse af exoplaneter med gravitationsbølger

I en nylig avis i Natur astronomi , forskere fra Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) i Potsdam og fra den franske kommission for alternative energier og atomenergi (CEA) i Saclay, Paris foreslår, hvordan det planlagte rumbaserede gravitationsbølgeobservatorium LISA kan detektere exoplaneter, der kredser om hvide dværg-binærer overalt i Mælkevejen og i de nærliggende Magellanske Skyer. Denne nye metode vil overvinde visse begrænsninger af nuværende elektromagnetiske detektionsteknikker og kan tillade LISA at detektere planeter ned til 50 jordmasser.

I de sidste to årtier, viden om exoplaneter er vokset betydeligt, og mere end 4000 planeter, der kredser om en lang række stjerner, er blevet opdaget. Indtil nu, de teknikker, der bruges til at finde og karakterisere disse systemer, er baseret på elektromagnetisk stråling og er begrænset til solområdet og nogle dele af galaksen.

I et nyligt papir offentliggjort i Natur astronomi , Dr. Nicola Tamanini, forsker ved AEI i Potsdam og hans kollega Dr. Camilla Danielski, forsker ved CEA/Saclay (Paris) viser, hvordan disse begrænsninger kan overvindes af gravitationsbølgeastronomi. "Vi foreslår en metode, der bruger gravitationsbølger til at finde exoplaneter, der kredser om binære hvide dværgstjerner, " siger Nicola Tamanini. Hvide dværge er meget gamle og små rester af stjerner, der engang lignede solen. "LISA vil måle gravitationsbølger fra tusindvis af hvide dværg-binærer. Når en planet kredser om sådan et par hvide dværge, det observerede gravitationsbølgemønster vil se anderledes ud sammenlignet med et binært mønster uden en planet. Denne karakteristiske ændring i gravitationsbølgeformerne vil gøre os i stand til at opdage exoplaneter."

Den nye metode udnytter Doppler-forskydningsmodulationen af ​​gravitationsbølgesignalet forårsaget af planetens gravitationelle tiltrækning på den hvide dværg binær. Denne teknik er gravitationsbølge-analogen til radialhastighedsmetoden, en velkendt teknik, der bruges til at finde exoplaneter med standard elektromagnetiske teleskoper. Fordelen, imidlertid, gravitationsbølger er, at de ikke påvirkes af stjerneaktivitet, som kan hæmme elektromagnetiske opdagelser.

I deres papir, Tamanini og Danielski viser, at den kommende ESA-mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna), planlagt til lancering i 2034, kan detektere Jupiter-masse exoplaneter omkring hvide dværg binære dele overalt i galaksen, overvinde begrænsningerne i afstand af elektromagnetiske teleskoper. Desuden, de påpeger, at LISA vil have potentialet til at opdage disse exoplaneter også i nærliggende galakser, muligvis fører til opdagelsen af ​​den første ekstragalaktisk bundne exoplanet.

"LISA vil målrette mod en exoplanet-population, men alligevel fuldstændig uopdaget, " forklarer Tamanini. "Fra et teoretisk perspektiv forhindrer intet tilstedeværelsen af ​​exoplaneter omkring kompakte binære hvide dværge." Hvis disse systemer eksisterer og er fundet af LISA, forskere vil indhente nye data for at videreudvikle planetarisk evolutionsteori. De vil bedre forstå de betingelser, hvorunder en planet kan overleve stjernenes røde kæmpe-fase(r) og vil også teste eksistensen af ​​en anden generation af planeter, dvs. planeter, der dannes efter den røde kæmpe fase. På den anden side, hvis LISA ikke detekterer exoplaneter, der kredser om hvide dværg binære, forskerne vil være i stand til at sætte begrænsninger på den sidste fase af planetarisk udvikling i Mælkevejen.