NASAs romerske mission vil undersøge galaksernes kerne for varme Jupiters, brune dværge

Når den lanceres i midten af ​​2020'erne, NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope vil udforske en bred vifte af infrarøde astrofysiske emner. En ivrigt ventet undersøgelse vil bruge en gravitationseffekt kaldet mikrolinsing til at afsløre tusindvis af verdener, der ligner planeterne i vores solsystem. Nu, en ny undersøgelse viser, at den samme undersøgelse også vil afsløre mere ekstreme planeter og planetlignende kroppe i hjertet af Mælkevejen, takket være deres gravitationstræk på stjernerne, de kredser om.

"Vi var begejstrede for at opdage, at Roman vil være i stand til at tilbyde endnu mere information om planeterne i hele vores galakse end oprindeligt planlagt, " sagde Shota Miyazaki, en kandidatstuderende ved Osaka University i Japan, der ledede undersøgelsen. "Det bliver meget spændende at lære mere om en ny, ustuderet parti af verdener."

Roman vil primært bruge gravitationel mikrolinsedetektionsmetode til at opdage exoplaneter - planeter hinsides vores solsystem. Når en massiv genstand, såsom en stjerne, krydser foran en fjernere stjerne fra vores udsigtspunkt, lyset fra den fjernere stjerne vil bøje sig, når det bevæger sig gennem den buede rumtid rundt om den nærmeste.

Resultatet er, at den tættere stjerne fungerer som en naturlig linse, forstørrende lys fra baggrundsstjernen. Planeter, der kredser om linsestjernen, kan producere en lignende effekt i mindre skala, så astronomer sigter mod at opdage dem ved at analysere lys fra den fjernere stjerne.

Da denne metode er følsom over for planeter så små som Mars med en bred vifte af baner, forskere forventer, at Romans mikrolinseundersøgelse vil afsløre analoger af næsten alle planeter i vores solsystem. Miyazaki og hans kolleger har vist, at undersøgelsen også har magten til at afsløre mere eksotiske verdener - gigantiske planeter i små baner, kendt som varme Jupiters, og såkaldte "mislykkede stjerner, "kendt som brune dværge, som ikke er massive nok til at drive sig selv ved fusion, som stjerner gør.

Denne nye undersøgelse viser, at Roman vil være i stand til at opdage disse objekter, der kredser om de fjernere stjerner i mikrolinsebegivenheder, udover at finde planeter, der kredser om de nærmere (linsende) stjerner.

Holdets resultater offentliggøres i Det astronomiske tidsskrift .

Astronomer ser en mikrolinsebegivenhed som en midlertidig oplysning af den fjerne stjerne, som topper, når stjernerne er næsten perfekt justeret. Miyazaki og hans team fandt ud af, at i nogle tilfælde, videnskabsmænd vil også være i stand til at opdage en periodisk, en lille variation i det linsede stjernelys forårsaget af bevægelsen af ​​planeter, der kredser om den fjernere stjerne under en mikrolinsebegivenhed.

Når en planet bevæger sig rundt om sin værtsstjerne, den udøver en lille tyngdekraft, der flytter stjernens position en smule. Dette kan trække den fjerne stjerne tættere og længere fra en perfekt justering. Da den nærmeste stjerne fungerer som en naturlig linse, det er som om den fjerne stjernes lys vil blive trukket lidt ind og ud af fokus af den kredsende planet. Ved at udvælge små gys i stjernelyset, astronomer vil være i stand til at udlede tilstedeværelsen af ​​planeter.

"Det kaldes xallarap-effekten, som er parallakse stavet baglæns. Parallax er afhængig af observatørens bevægelse - Jorden bevæger sig rundt om Solen - for at frembringe en ændring i justeringen mellem den fjerne kildestjerne, den tættere linsestjerne og observatøren. Xallarap virker den modsatte vej, ændring af justeringen på grund af kildens bevægelse, " sagde David Bennett, der leder gravitationsmikrolinsegruppen ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Mens mikrolinse generelt er bedst egnet til at finde verdener længere fra deres stjerne, end Venus er fra Solen, xallarap-effekten fungerer bedst med meget massive planeter i små baner, da de får deres værtsstjerne til at bevæge sig mest. At afsløre fjernere planeter vil også give os mulighed for at undersøge en anden befolkning af verdener.

Udvinding af galaksens kerne

De fleste af de første par hundrede exoplaneter, der blev opdaget i vores galakse, havde masser hundredvis af gange større end Jordens. I modsætning til de gigantiske planeter i vores solsystem, som tager 12 til 165 år at kredse om Solen, disse nyfundne verdener hvirvler rundt om deres værtsstjerner på så lidt som et par dage.

Disse planeter, nu kendt som varme Jupiters på grund af deres gigantiske størrelse og den intense varme fra deres værtsstjerner, blev ikke forventet fra eksisterende planetariske dannelsesmodeller og tvang astronomer til at genoverveje dem. Nu er der flere teorier, der forsøger at forklare, hvorfor varme Jupitere eksisterer, men vi er stadig ikke sikre på, hvilken – hvis nogen – der er korrekt. Romans observationer skulle afsløre nye spor.

Endnu mere massiv end varme Jupiters, brune dværge varierer fra omkring 4, 000 til 25, 000 gange Jordens masse. De er for tunge til at blive karakteriseret som planeter, men ikke helt massive nok til at gennemgå kernefusion i deres kerner som stjerner.

Andre planetjagtmissioner har primært søgt efter nye verdener relativt nærliggende, op til et par tusinde lysår væk. Nærhed muliggør mere detaljerede undersøgelser. Imidlertid, astronomer tror, ​​at undersøgelse af kroppe tæt på vores galakse kerne kan give ny indsigt i, hvordan planetsystemer udvikler sig. Miyazaki og hans team vurderer, at Roman vil finde omkring 10 varme Jupitere og 30 brune dværge tættere på galaksens centrum ved hjælp af xallarap-effekten.

Galaksens centrum er hovedsageligt befolket med stjerner, der blev dannet for omkring 10 milliarder år siden. At studere planeter omkring så gamle stjerner kunne hjælpe os med at forstå, om varme Jupitere dannes så tæt på deres stjerner, eller er født længere væk og vandrer indad over tid. Astronomer vil være i stand til at se, om varme Jupitere kan opretholde så små baner i lange perioder ved at se, hvor ofte de findes omkring gamle stjerner.

I modsætning til stjerner i galaksens disk, som typisk strejfer rundt i Mælkevejen i behagelig afstand fra hinanden, stjerner nær kernen er pakket meget tættere sammen. Roman kunne afsløre, om det at have så mange stjerner så tæt på hinanden påvirker kredsende planeter. Hvis en stjerne passerer tæt på et planetsystem, dens tyngdekraft kunne trække planeter ud af deres sædvanlige baner.

Supernovaer er også mere almindelige nær galaksens centrum. Disse katastrofale begivenheder er så intense, at de kan skabe nye elementer, som bliver spyet ud i det omkringliggende område, når de eksploderende stjerner dør. Astronomer mener, at dette kan påvirke planetdannelsen. At finde verdener i denne region kan hjælpe os med at forstå mere om de faktorer, der påvirker planetopbygningsprocessen.

Roman vil åbne et vindue ind i den fjerne fortid ved at se på ældre stjerner og planeter. Missionen vil også hjælpe os med at udforske, om brune dværge dannes lige så let nær galaksens centrum, som de gør tættere på Jorden, ved at sammenligne, hvor ofte de findes i hver region.

Ved at optælle meget gamle varme Jupitere og brune dværge ved hjælp af xallarap-effekten og finde mere velkendte verdener ved hjælp af mikrolinsing, Roman vil bringe os endnu et skridt tættere på at forstå vores plads i kosmos.

"Vi har fundet en masse planetsystemer, der virker mærkelige sammenlignet med vores, men det er stadig ikke klart, om de er de ulige, eller vi er, " sagde Samson Johnson, en kandidatstuderende ved Ohio State University i Columbus og en medforfatter af papiret. "Roman vil hjælpe os med at finde ud af det, mens de hjælper med at besvare andre store spørgsmål inden for astrofysik."