Tijekom proteklih nekoliko desetljeća, broj izvan Sunčevih planeta koje su otkrivene i potvrđene narastao je eksponencijalno. Trenutno je postojanje 3.778 egzoplaneta potvrđeno u 2.818 planetarnih sustava, a dodatnih 2.737 kandidata čeka potvrdu. S ovom količinom planeta dostupnih za proučavanje, fokus egzoplaneta u istraživanju se počeo premještati s detekcije na karakterizaciju.
Na primjer, znanstvenici su sve zainteresirani za karakterizaciju atmosfere egzoplaneta, tako da sa pouzdanjem mogu reći da imaju prave sastojke za život (tj. Dušik, ugljični dioksid itd.). Nažalost, to je vrlo teško koristiti trenutne metode. Međutim, prema novoj studiji međunarodnog tima astronoma, instrumenti sljedeće generacije koji se oslanjaju na izravno snimanje postat će igrači koji mijenjaju igre.
Studija, "Izravno snimanje u reflektiranoj svjetlosti: Karakterizacija starijih, umjerenih egzoplaneta s 30-metarskim teleskopima", nedavno se pojavila na mreži. Istraživanje su vodili Michael Fitzgerald i Ben Mazin - izvanredni profesori astrofizike na Sveučilištu Kalifornije u Los Angelesu (UCLA) i Worster katedra za eksperimentalnu fiziku na Kalifornijskom Sveučilištu Santa Barbara (UCSB).
Pridružili su im se istraživači sa Sveučilišta u Montrealu, Instituta za istraživanje egzoplaneta (iREX), NASA-inog laboratorija za mlazni pogon, Carnegie opservatories, Steward Observatory, Nacionalnog astronomskog opservatorija Japana, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kalifornija Tehnološki institut (Caltech) i više sveučilišta.
Kao što pokazuju u svojoj studiji, naše sposobnosti karakteriziranja egzoplaneta trenutno su ograničene. Na primjer, naše trenutne metode - najčešće korištene metode mjerenja tranzita i radijalne brzine - dovele su do otkrića tisuća planeta kratkog perioda (planeta koji orbitiraju blizu svojih sunca s vremenom od oko 10 dana). Međutim, osjetljivost ovih metoda počinje znatno opadati što dalje egzoplaneta odlazi od svog sunca.
Štoviše, planeti dugog razdoblja također su uglavnom nepristupačni što se tiče njihovih spektra. Ova vrsta analize uključuje mjerenje svjetlosti koja prolazi kroz atmosferu planeta dok prolazi kroz zvijezdu. Mjereći njegove spektre da bi odredili njegov sastav, znanstvenici mogu okarakterizirati atmosferu egzoplaneta i utvrditi može li planeta zaista biti naseljena.
Da bi se pozabavili tim, tim predlaže da će izravno otkrivanje (aka. Izravno snimanje) biti učinkovitija metoda za karakterizaciju atmosfere egzoplaneta. Kako je dr. Étienne Artigau, istraživač iREX-a i koautor studije, objasnio Space Magazinu putem e-pošte (preveden s francuskog)
"Nijedan planet za sada nije pronađen u" reflektiranom svjetlu ". Kad vidimo planete našeg Sunčevog sustava, mi ih možemo vidjeti zato što su osvijetljene Suncem. Na isti način, planete ostalih zvijezda reflektiraju svjetlost i mora biti moguće to svjetlo otkriti dovoljno snažnim teleskopom. Omjer protoka između planeta i njihove zvijezde je ogroman, veličine oko milijardu, u usporedbi s planetima koje je otkrila njihova toplinska emisija, ili je taj omjer više od milijun. "
Trenutno je izravno snimanje jedino sredstvo za dobivanje spektra neprelaznih egzoplaneta, posebno onih koji se nalaze na srednjoj i širokoj udaljenosti od njihovih sunčevih zraka. U tom slučaju astronomi dobivaju spektar svjetla odbijenog od atmosfere egzoplanete kako bi odredili njegov sastav. Do sada je izravno fotografirano samo nekoliko egzoplaneta, koji su svi bili svjetleći super-Jupiteri koji su okružili svoje zvijezde domaćine na udaljenosti od stotina ili tisuća AU.
Ti su planeti bili vrlo mladi i imali su temperaturu veću od 500 ° C (932 ° F), što ih čini prilično rijetkom klasom planeta. Kao rezultat toga, astronomi nemaju podatke o raznolikosti atmosfere egzoplaneta, posebno kada je riječ o manjim, stjenovitim planetima koji imaju temperaturu sličniju onoj na Zemlji - gdje temperatura površine prosječno iznosi oko 15 ° C (58,7 ° F).
To je zbog činjenice da postojeći teleskopi jednostavno nemaju osjetljivost da izravno slikaju manje planete koji orbitiraju bliže zvijezdama. Kako su utvrdili u svojoj studiji, za karakterizaciju atmosfere planeta koje se nalaze unutar 5 AU od njihovih zvijezda (gdje su radijalnim istraživanjima brzine otkrili mnoge planete) potreban bi bio teleskop s 30-metarskim otvorom u kombinaciji s naprednom adaptivnom optikom, koronagrafom i paket spektrometra i imagera.
"Ukratko, niti jedan trenutni teleskop ne može otkriti ove planete, čak ni oko zvijezda koje su nam najbliže, ali postoji svaki razlog za vjerovati da će sljedeće generacije teleskopa promjera 30 m i više moći to učiniti", rekao je Artiqua. "Nije sigurno da će netko u početku moći otkriti planete poput Zemlje, ali barem bi jedan trebao biti u stanju otkriti planete slične Uranu i Neptunu, što bi već bio vrhunski rezultat."
Takvi uređaji sljedeće generacije i instrumenti prilagodljive optike uključuju Planetarni sustav slika (PSI) na teleskopu trideset metara (TMT), koji je predložen za izgradnju na Mauna Kea, Havaji. A tu je i instrument GMagAO-X na teleskopu Giant Magellan (GMT), koji se trenutno gradi u Opservatoriju Las Campanas i planiran je za završetak 2025. godine.
Kao što je Artigau naznačio, istraživanja provedena s tim instrumentima sljedeće generacije omogućit će astronomima da otkriju i okarakteriziraju širi raspon planeta, kao i omogućiti traženje mogućih znakova života (aka. Biosignature), kao nikada do sad:
"To će nam omogućiti da izravno proučavamo svjetlost koja dolazi sa planeta samo malo većim od Zemlje (i možda poput Zemlje ako smo optimistični). Ovo je jedna od naših najboljih mogućnosti da potražimo životne potpise u tim atmosferama. Čak i ako ne nađemo životni potpis, to će nam omogućiti razumijevanje cijelih klasa planete koje vidimo neizravno (tranziti, radijalna brzina), a o kojima ništa ne znamo ... Važnost izravnog snimanja je u tome što omogućava izravno sondiranje atmosfera, pa čak i površina ovih planeta. Dodavanje spektrografa visoke rezolucije također daje ideju o vjetrovima i globalnoj cirkulaciji vjetra, kao i ispitivanje prisutnosti različitih molekula. "
Naravno, još uvijek će postojati ograničenja u tome što znanstvenici mogu naučiti metodom izravnog snimanja, čak i ako imaju ove instrumente i teleskope sljedeće generacije na raspolaganju. Ali mogućnosti i posljedice za egzoplanet istraživanje nisu ništa od ogromne. Za početak, astronomi bi mogli steći bolju predodžbu o demografiji manjih, stjenovitih planeta koji se kreću u orbiti oko zone stanovanja svojih zvijezda.
"Otkrivanje" potencijalno useljivih "planeta zasigurno je ovdje najuzbudljiviji slučaj, ali važno je imati na umu da će to biti teško čak i sa 30 m teleskopom", rekao je Artigua. "Kad napravimo statističko predviđanje, trebalo bi biti samo nekoliko (vjerojatno manje od 10) zemaljskih planeta koji će biti dostupni i imati temperaturu uporedivu s našom."
U tom rasponu planeta, Artigau i njegovi kolege mogu zamisliti niz zanimljivih scenarija. Na primjer, neki mogu biti nalik Veneri, gdje gusta atmosfera i relativno bliska orbita rezultiraju bježanjem efekta staklene bašte. Drugi su poput Marsa, gdje je solarni vjetar ili erupcije oduzeo atmosferu planeta. Pored toga, mogu postojati zemaljske planete koje ne možemo ni zamisliti.
"Ukratko, naseljeni planeti vrlo su dobro mogli imati više mašte od nas", zaključio je dr. Artiqau. "Ova raznolikost egzoplaneta također podrazumijeva da moramo biti oprezni kad predviđamo da će biti prihvatljiv."
"Dno crta je da u studiji egzoplaneta sa zemlje možemo napraviti nevjerojatne stvari pomoću 30-metarskih teleskopa, ali potrebno je značajno ulaganje u tehnologiju da bismo se pripremili za izgradnju ovih instrumenata za 30-metarske teleskope", dodao je Mazin.
Studija je postala moguća zahvaljujući dodatnoj pomoći Nacionalnog vijeća za istraživanje Kanade (NRC) i Giant Magellan Telescope Organisation (GMTO).
