Обнаружение экзопланет. Астрометрия. Время пульсара. раздел астрофизика

Экзопланеты или внесолнечные планеты - это планеты, которые находятся за пределами нашей солнечной системы. Экзопланеты очень сложно обнаружить с помощью телескопов, поскольку они скрыты яркостью звезды, вокруг которой они вращаются. Обычно воздействие экзопланеты на звезду, вокруг которой они вращаются, является ключом к ее обнаружению.

Каковы методы обнаружения экзопланет?
Существуют различные методы обнаружения экзопланет, включая прямую визуализацию, радиальную скорость / доплеровскую спектроскопию, транзитную фотометрию, астрометрию и синхронизацию пульсаров.

Прямая визуализация
Метод прямой визуализации использует большие телескопы, оснащенные адаптивной оптикой и коронографами, для получения изображения экзопланет путем прямого измерения их светимости. Однако, когда планеты расположены далеко от их орбитальной звезды, наблюдается тепловое излучение экзопланет.

Этот метод больше подходит для более теплых и больших экзопланет с эксцентричными орбитами, которые легче обнаружить. Это связано с тем, что чем выше масса планеты, тем выше тепловая энергия и, следовательно, тем выше температура. Температура планеты также связана с ее радиусом и яркостью, поэтому этот метод может определять размер обнаруженных экзопланет. Он может даже обнаруживать коричневых карликов на основе их теплового излучения.

Коричневые карлики - это небесные объекты, которые недостаточно велики, чтобы поддерживать ядерный синтез, но имеют высокие температуры для испускания инфракрасного излучения. Они являются промежуточным звеном между звездой и планетой и обычно имеют массу менее 0,075 солнечных масс. Коричневые карлики имеют недостаточную массу для поддержания ядерного синтеза, но достаточно горячие, чтобы излучать энергию, особенно в инфракрасном диапазоне длин волн.

Радиальная скорость / Доплеровская спектроскопия
Когда эллиптическое движение звезды наблюдается на расстоянии, спектр света звезды изменяется: wкогда звезда движется к наблюдателю, длина волны ее света сокращается и смещается к синему концу спектра.

Когда длина волны света удлиняется и, по-видимому, смещается к красному концу спектра, звезда удаляется от наблюдателя. Это называется эффектом Доплера, который указывает на гравитационное воздействие экзопланеты на звезду-хозяина. Электромагнитный спектр и телескопы для обнаружения экзопланет можно увидеть на рисунке 1 ниже. На красном конце спектра электромагнитные волны имеют более длинные длины волн, тогда как на синем конце спектра длины волн короче.

Экзопланета обнаруживается с помощью метода транзитной фотометрии путем наблюдения за яркостью звезды с течением времени. Когда обнаружено периодическое уменьшение яркости, экзопланета должна проходить перед звездой, вызывая уменьшение яркости, пропорциональное относительным размерам звезды и планеты. Этот метод способен измерять радиус экзопланеты относительно ее орбитальной звезды.

Транзитная фотометрия также используется для определения элементов атмосферы планеты. Это возможно путем наблюдения за "транзитом", который происходит, когда планета проходит перед звездой.

Астрометрия
Астрометрия является старейшим зарегистрированным методом обнаружения экзопланет, который впервые был обнаружен в 17 веке. Этот метод состоит из точных измерений координат звезды на небе, которые используются в качестве ориентира.

Отклонения от контрольной точки регистрируются с течением времени. Если экзопланета в настоящее время вращается вокруг звезды, на звезде будет присутствовать гравитационное притяжение, заставляющее ее слегка отклоняться от своей орбиты.

Звезда и экзопланета оказывают гравитационное воздействие друг на друга, заставляя их вращаться вокруг общего центра масс, называемого барицентром. Поскольку звезда больше по массе, барицентр будет ближе к радиусу большего тела. Ятаким образом, легче находить экзопланеты, вращающиеся вокруг меньшей массы звезды или другие объекты с малой массой, такие как коричневые карлики.

Время пульсара
Пульсар - это нейтронная звезда, которая представляет собой очень плотный остаток сверхновой. Они излучают радиоволны, поскольку они периодически вращаются по своей природе. Движение пульсара регистрируется по небольшим изменениям времени его радиоимпульсов, которые могут быть использованы для оценки характеристик его орбиты.

Этот метод впервые использовался для изучения движения пульсаров, но позже выяснилось, что он очень точен при обнаружении очень маленьких планет. Однако, тего метод используется не часто, поскольку пульсары встречаются относительно редко.

В чем преимущества обнаружения экзопланет?
Обнаружение экзопланет имеет различные преимущества, поскольку они может помочь ответить на некоторые вопросы о нашем происхождении как людей или о том, существует ли разумная жизнь за пределами земли. Изучение экзопланет:

Служит для проверки достоверности различных теорий.

Расширяет наши знания о различных процессах, связанных с развитием планет.

Позволяет обнаруживать другие пригодные для жизни планеты, похожие на Землю, которые могут быть кандидатами на будущую колонизацию человеком.

Увеличивает вероятность обнаружения жизни на экзопланетах.

Помогает понять эволюцию планет.

Помогает предвидеть эволюцию Земли, сравнивая ее с аналогичными старыми экзопланетами.

Развивает нашу технологию.

Обнаружение экзопланет - ключевые выводы
Существует несколько методов обнаружения экзопланет.

Прямая визуализация использует измерения яркости и теплового излучения.

Радиальная скорость использует эффект Доплера.

Метод транзитной фотометрии изучает уменьшение светимости звезд из-за прохождения планет.

Метод астрометрии позволяет наблюдать положение звезды с течением времени.

Метод синхронизации пульсара записывает тайминги радиоволнового излучения пульсара.