Exobolygók: Naprendszeren túli világok

A legfiatalabb eddig felfedezett exobolygó kevesebb, mint 1 millió éves, és a 420 fényévnyire lévő csillag körül kering a Coku Tau 4 körül. A csillagászok a bolygó jelenlétére a csillagot övező poros korong hatalmas lyukából következtettek. A lyuk tízszer akkora, mint a Föld Nap körüli pályája, és valószínűleg az okozza, hogy a bolygó a csillag körül kerüli a teret a porban. (Kép jóváírása: NASA)

Az exbolygók a saját Naprendszerünkön túli bolygók. Ezreket fedeztek fel az elmúlt két évtizedben, többnyire a NASA Kepler űrtávcsövével.

Ezek a világok hatalmas méretű és pályájúak. Egyesek óriási bolygók, amelyek szorosan ölelkeznek szülőcsillaguk közelében; mások jegesek, némelyek sziklásak. A NASA és más ügynökségek különleges bolygót keresnek: egyet, amely akkora, mint a Föld, és a Naphoz hasonló csillag körül kering a lakható övezetben.

A lakható zóna a csillagoktól való távolságok tartománya, ahol a bolygó hőmérséklete lehetővé teszi a folyékony víz óceánjait, amelyek kritikusak a földi élet szempontjából. A zóna legkorábbi meghatározása egyszerű termikus egyensúlyon alapult, de a lakható övezet jelenlegi számításai sok más tényezőt is tartalmaznak, beleértve a bolygó légkörének üvegházhatását. Ez a lakható övezet határait „homályossá” teszi.

A csillagászok 2016 augusztusában bejelentették, hogy találhattak egy ilyen a Proxima Centauri körül keringő bolygó . A Proxima b néven ismert új világ körülbelül 1,3 -szor masszívabb, mint a Föld, ami arra utal, hogy az exobolygó sziklás világ - mondták a kutatók. A bolygó is a csillagban van lakható zóna , mindössze 4,7 millió mérföld (7,5 millió kilométer) távolságra van házigazdájától. 11,2 Földnaponként teljesít egy pályát. Ennek eredményeképpen valószínű, hogy az exobolygó gondosan le van zárva, vagyis mindig ugyanazt az arcát mutatja a gazdacsillagnak, ahogy a Hold is csak egy arcát (a közeli oldalát) mutatja a Földnek.

A legtöbb exobolygót a Kepler Űrtávcső fedezte fel, amely 2009 -ben kezdte meg munkáját, és várhatóan 2018 -ban fejezi be küldetését, amint elfogy az üzemanyag. 2018 március közepétől , Kepler 2342 megerősített exobolygót fedezett fel, és feltárta talán 2245 másik létezését. Az összes megfigyelőközpont által felfedezett bolygók száma összesen 3 706.

Korai felfedezések

Míg az exobolygókat csak az 1990 -es években erősítették meg, a csillagászok évekig meg voltak győződve arról, hogy kint vannak. Ez nem csak vágyálom volt, hanem azért is, mert a saját napunk és más hozzá hasonló csillagok milyen lassan forognak - mondta a British Columbia Egyetem asztrofizikusa, Jaymie Matthews a guesswhozoo.com -nak. Matthews, a MOST (mikrovariabilitás és oszcillációk a csillagokból) alkalmi exobolygó -távcső -megfigyelő küldetéstudósja részt vett néhány korai exobolygó -felfedezésben.

A csillagászoknak volt történetük a Naprendszerünkről. Egyszerűen fogalmazva, egy forgó gáz- és porfelhő (az úgynevezett protoszoláris köd) összeomlott saját gravitációja alatt, és a napot és a bolygókat alkotta. Ahogy a felhő összeomlott, a szögimpulzus megőrzése azt jelentette, hogy a hamarosan lebukó napnak egyre gyorsabban kellett forognia. De míg a Nap a Naprendszer tömegének 99,8 százalékát tartalmazza, a bolygók a szögimpulzus 96 százalékával rendelkeznek. A csillagászok feltették maguknak a kérdést, hogy miért forog ilyen lassan a nap.

A fiatal napnak nagyon erős mágneses tere lett volna, amelynek erővonalai a kavargó gáz korongjába nyúltak, amelyből a bolygók kialakulnak. Ezek a mezővonalak a gázban lévő töltött részecskékhez kapcsolódtak, és horgonyként működtek, lelassítva a formáló nap forgását és felpörgetve a gázt, amely végül bolygókká változott. A legtöbb csillag, mint a Nap, lassan forog, ezért a csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy ugyanaz a 'mágneses fékezés' történt náluk, vagyis a bolygó kialakulása bizonyára számukra történt. Következtetés: A bolygóknak gyakoriaknak kell lenniük a Naphoz hasonló csillagok körül.

Emiatt és más okok miatt a csillagászok eleinte csak a Naphoz hasonló csillagokra korlátozták az exobolygók keresését, de az első két felfedezés a PSR 1257+12 nevű pulzus (egy szupernóvaként meghalt csillag gyorsan forgó hullája) körül történt. 1992. A napszerű csillag körül keringő világ első megerősített felfedezése 1995-ben az 51 Pegasi b volt-egy Jupiter-tömegű bolygó, amely 20-szor közelebb van a napjához, mint mi a miénkhez. Ez meglepetés volt. Ám hét évvel korábban felbukkant egy másik furcsaság, amely az eljövendő exobolygók gazdagságára utalt.

Egy kanadai csapat 1988-ban fedezett fel egy Jupiter méretű bolygót a Gamma Cephei körül, de mivel pályája jóval kisebb volt, mint a Jupiteré, a tudósok nem állították, hogy végleges bolygót észlelnek. - Nem ilyen bolygókra számítottunk. Eléggé különbözött a saját Naprendszerünk bolygójától, hogy óvatosak legyenek ” - mondta Matthews.

Az első exobolygó-felfedezések nagy része hatalmas Jupiter méretű (vagy nagyobb) gázóriások volt, amelyek szülőcsillaguk közelében keringtek. Ennek az az oka, hogy a csillagászok a sugárirányú sebesség technikájára támaszkodtak, amely azt méri, hogy egy csillag mennyiben billeg, amikor egy bolygó vagy bolygók keringnek körülötte. Ezek a nagyméretű bolygók ennek megfelelően nagy hatást gyakorolnak szülőcsillagukra, ami könnyebben észlelhető ingadozást okoz.

Az exobolygó -felfedezések korszaka előtt a műszerek csak csillagmozgásokat tudtak mérni másodpercenként kilométerre, túl pontatlanok ahhoz, hogy egy bolygó okozta ingadozást észleljenek. Matthews szerint néhány műszer akár centiméteres / másodperces sebességet is képes mérni. 'Részben a jobb műszerezés miatt, de azért is, mert a csillagászok már tapasztaltabbak a finom jelek kicsalásában az adatokból.'

Kepler, TESS és más megfigyelőközpontok

A Kepler 2009 -ben indult elsődleges feladata, hogy megfigyelje a Cygnus csillagkép egy régióját. A Kepler négy évig hajtotta végre ezt a küldetést - kétszeres kezdeti élettartamát -, amíg reakciókerekeinek (mutatóeszközeinek) nagy része meghibásodott. A NASA ezután új küldetésre bocsátotta Keplert K2 néven, amelyben a Kepler a napszél nyomását használja fel az űrben való pozíció fenntartására. Az obszervatórium rendszeresen megváltoztatja látómezőjét, hogy elkerülje a napfényt. A Kepler bolygó felfedezésének üteme lelassult a K2 -re váltás után, de még mindig több száz exobolygót találnak az új módszerrel. Legutóbbi, 2018 februári adatszolgáltatása 95 új bolygót tartalmazott.

Alien Worlds Infographic 20'x60 'poszter. Vásároljon itt (Kép jóváírása: guesswhozoo.com Store)

Kepler felfedte a különböző típusú bolygók bőségszaruját. A gázóriásokon és a földi bolygókon kívül segített meghatározni egy teljesen új osztályt, szuper-Földek ': a Föld és a Neptunusz közötti bolygók. Ezek egy része csillagaik lakható övezetében van, de az asztrobiológusok visszatérnek a rajztáblához, hogy megfontolják, hogyan alakulhat az élet az ilyen világokon. Kepler megfigyelései azt mutatták, hogy univerzumunkban rengeteg szuper-Föld található. (Furcsa módon úgy tűnik, hogy Naprendszerünk nem tartalmaz ekkora bolygót, bár egyesek úgy vélik, hogy a „Kilencedik bolygó” becenévre hallgató nagy bolygó lappanghat a Naprendszer külső folyásain.)

A Kepler elsődleges bolygó -keresési módszere a „tranzit” módszer. Kepler figyeli a csillagok fényét. Ha a fény szabályos és kiszámítható időközönként elhalványul, ez azt sugallja, hogy egy bolygó halad át a csillag arcán. 2014 -ben a Kepler csillagászai (köztük Matthews egykori tanítványa, Jason Rowe) új „multiplikációs ellenőrzés” módszert mutattak be, amely növelte a csillagászok azon arányát, amellyel a jelölt bolygókat a megerősített bolygók közé emelik. A technika az orbitális stabilitáson alapul - a csillagok rövid ideig tartó tranzitjait csak kis keringésű bolygók okozhatják, mivel az utánozható csillagok sokszoros gravitációs ereje mindössze néhány millió év múlva kilökheti egymást a rendszerből.

Amint a Kepler befejezi küldetését, 2018 tavaszán várhatóan elindul egy új megfigyelőközpont, a Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS). Az első évben felméri a déli féltekét, a másodikban az északi félteke (amely tartalmazza az eredeti Kepler mezőt). Az obszervatórium várhatóan még sok exobolygót tár fel, köztük legalább 50 -et, amelyek a Föld körül vannak.

Egyéb kiemelkedő bolygóvadász megfigyelőközpontok (múlt és jelen) a következők:

• A HARPS spektográf az Európai Déli Obszervatórium 3,6 méteres chilei La Silla távcsövén, amelynek első fénye 2003-ban volt. A HARPS jóval több mint 100 exobolygót talált, és rendszeresen használják a Kepler és más megfigyelőközpontok megfigyeléseinek megerősítésére.
• A kanadai Microvariability and Oscillations of STars (MOST) távcső, amely 2003 -ban kezdte meg megfigyeléseit. De részt vett az exobolygók felfedezésében is, mint például az exobolygó 55 Cancri e.
• A Francia Űrügynökség CoRoT (COnvection ROtation and planetary Transits), amely 2006 és 2012 között működött. Néhány tucat megerősített bolygót talált, köztük a COROT-7b-t-az első exobolygót, amely túlnyomórészt kőzet vagy fém összetételű volt.
• A NASA/Európai Űrügynökség Hubble és a NASA Spitzer űrteleszkópjai, amelyek rendszeresen megfigyelik a látható vagy infravörös hullámhosszú bolygókat. (További információ a bolygó légköréről infravörös sugárzással érhető el.)
• Az európai karakterisztikus ExOPlanets Satellite (CHEOPS), amely várhatóan 2018-ban lesz elérhető. A küldetés célja, hogy pontosan kiszámítsa a bolygók átmérőjét, különösen azokét a bolygókat, amelyek a szuper-Föld és a Neptunusz tömegei közé esnek.
• A NASA James Webb űrtávcső, amely várhatóan 2020 -ban indul. Az infravörös hullámhosszak megfigyelésére specializálódott. A nagy teljesítményű obszervatórium várhatóan többet fog feltárni egyes exobolygók légkörének lakhatóságáról.
• Az Európai Űrügynökség PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) távcsöve, amely várhatóan 2024 -ben indul. Célja, hogy megtudja, hogyan képződnek a bolygók, és ha vannak olyan körülmények, amelyek kedvezőek lehetnek az élet számára.
• Az ESA ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) küldetés, amely 2028 közepén indul. Várhatóan 1000 exobolygót fog megfigyelni, és felmérést készít a légkörük kémiai összetételéről.

Diagram, amely a Kepler által felfedezett új idegen bolygók relatív méretét mutatja a Földhöz és a Jupiterhez képest.(Kép jóváírása: NASA/Tim Pyle)

Nevezetes exobolygók

Több ezer közül lehet választani, nehéz leszűkíteni néhányat. A lakható övezetben lévő kis szilárd bolygók automatikusan kiemelkednek, de Matthews öt másik exobolygót emelt ki, amelyek kibővítették a bolygók kialakulásának és fejlődésének perspektíváját:

• 51 Pegasi b: Mint korábban említettük, ez volt az első bolygó, amelyet megerősítettek egy napszerű csillag körül. A Jupiter tömegének fele körül kering a Nap körül, nagyjából a Merkúr és Napunk közötti távolságban. 51 A Pegasi b olyan közel van szülőcsillagához, hogy valószínűleg gondosan zárva van, vagyis az egyik oldala mindig a csillag felé néz.
• HD 209458 b: Ez volt az első bolygó, amelyet (1999 -ben) találtak csillagának áthaladására (bár a Doppler -hullámzás technikája fedezte fel), és a következő években újabb felfedezések halmozódtak fel. Ez volt az első bolygó a Naprendszeren kívül, amelynek légkörének aspektusait, köztük a hőmérsékleti profilt és a felhők hiányát meghatározhattuk. (Matthews részt vett néhány megfigyelésben a MOST használatával.)
• 55 Rák: Ez a szuper-Föld olyan csillag körül kering, amely elég fényes ahhoz, hogy szemmel láthassa, vagyis a csillagászok részletesebben tanulmányozhatják a rendszert, mint szinte bárki más. Éve mindössze 17 óra 41 perc (ezt akkor ismerik fel, amikor a MOST két hétig nézte a rendszert 2011 -ben). Az elméletek szerint a bolygó szénben gazdag lehet, gyémántmaggal.
• HD 80606 b: Felfedezésekor, 2001 -ben a rekordot tartotta a valaha felfedezett legkülönlegesebb exobolygónak. Lehetséges, hogy páratlan pályája (amely hasonlít a Nap körüli Halley -üstököshöz) egy másik csillag hatására lehet. Extrém pályája rendkívül változóvá tenné a bolygó környezetét.
• WASP-33b: Ezt a bolygót 2011 -ben fedezték fel, és van egyfajta „fényvédő” rétege - egy sztratoszféra -, amely elnyeli a látható és az ultraibolya fény egy részét szülőcsillagától. Ez a bolygó nemcsak „hátrafelé” kering a csillag körül, hanem rezgéseket is kivált a csillagban, amit a MOST műhold lát.