מהי שיטת ההדמיה הישירה?

Send

ברוך הבא לחזור לפרק האחרון בסדרה שלנו בנושא שיטות ציד Exoplanet. היום אנו מתחילים בשיטה הקשה מאוד, אך המבטיחה ביותר המכונה הדמיה ישירה.

בעשורים האחרונים מספר כוכבי הלכת שהתגלו מעבר למערכת השמש שלנו גדל בקפיצות. החל מה -4 באוקטובר 2018 אושרו בסך הכל 3,869 Exoplanets ב- 2,887 מערכות פלנטריות, כאשר 638 מערכות מארחות פלנטות מרובות. לרוע המזל, בגלל המגבלות שנאלצו אסטרונומים להתמודד איתן, הרוב המכריע של אלה התגלה בשיטות עקיפות.

עד כה, רק קומץ כוכבי לכת התגלה כשהם מצולמים כשהם מקיפים את הכוכבים שלהם (המכונה גם הדמיה ישירה). בעוד שהיא מאתגרת לעומת שיטות עקיפות, שיטה זו היא המבטיחה ביותר בכל מה שקשור לאפיון האטמוספירה של exoplanets. עד כה אושרו 100 כוכבי לכת ב -82 מערכות פלנטאריות בשיטה זו, ורבים נוספים צפויים להימצא בעתיד הקרוב.

תיאור:

כפי שהשם מרמז, הדמיה ישירה כוללת צילום תמונות ישירות של exoplanets, דבר אפשרי על ידי חיפוש אחר האור המוחזר באטמוספירה של כוכב לכת באורך גל אינפרא אדום. הסיבה לכך היא מכיוון שאורכי גל אינפרא אדום, כוכב צפוי להיות בהיר פי מיליון בלבד מכוכב הלכת המשקף אור, ולא מיליארד פעמים (מה שקורה בדרך כלל באורכי גל חזותיים).

אחד היתרונות הברורים ביותר של הדמיה ישירה הוא שהיא פחות מועדת לחיוביות שגויות. בעוד ששיטת הטרנזיט מועדת לחיוביות שגויות בעד 40% מהמקרים המערבים מערכת פלנטה אחת (המחייבת תצפיות מעקב), כוכבי לכת המתגלים בשיטת המהירות הרדיאלית מצריכים אישור (ומכאן שבדרך כלל היא משויכת לשיטת המעבר) . לעומת זאת, הדמיה ישירה מאפשרת לאסטרונומים לראות למעשה את כוכבי הלכת שהם מחפשים.

בעוד שהזדמנויות לשימוש בשיטה זו הן נדירות, בכל מקום שניתן לבצע איתור ישיר, היא יכולה לספק למדענים מידע חשוב על כדור הארץ. לדוגמה, על ידי בחינת הספקטרום המשתקף מאווירת הכוכב, אסטרונומים מסוגלים להשיג מידע חיוני על הרכבו. מידע זה מהותי לאפיון exoplanet וקובע אם הוא יכול להיות ראוי למגורים.

במקרה של Fomalhaut b, שיטה זו אפשרה לאסטרונומים ללמוד יותר על האינטראקציה של הכוכב עם הדיסק הפרוטופלאטרי של הכוכב, להציב אילוצים על מסת כדור הארץ ולאשר נוכחות של מערכת טבעת מסיבית. במקרה של HR 8799, כמות הקרינה האינפרא-אדום המשתקפת מהאטמוספירה של ה- Exoplanet שלה (בשילוב עם מודלים של היווצרות פלנטרית) סיפקה הערכה גסה של מסת כדור הארץ.

הדמיה ישירה פועלת בצורה הטובה ביותר עבור כוכבי לכת שיש להם מסלול רחב והם מסיביים במיוחד (כמו ענקי גז). זה מאוד שימושי גם לגילוי כוכבי לכת שממוקמים "עם הפנים", כלומר שהם לא עוברים מול הכוכב יחסית לצופה. זה הופך את זה למשלים למהירות הרדיאלית, היעילה ביותר לגילוי כוכבי לכת שהם "בקצה-על", שבהם כוכבי לכת יוצרים מעברי הכוכב שלהם.

בהשוואה לשיטות אחרות, הדמיה ישירה קשה למדי בגלל ההשפעה המעורפלת של אור מכוכב. במילים אחרות, קשה מאוד לאתר את האור המוחזר מאווירת הכוכב כאשר כוכב האם שלו כה בהיר יותר. כתוצאה מכך, הזדמנויות להדמיה ישירה הן נדירות ביותר תוך שימוש בטכנולוגיה עדכנית.

לרוב, ניתן לזהות כוכבי לכת רק בשיטה זו כאשר הם מסתובבים במרחקים גדולים מכוכביהם או שהם מאסיביים במיוחד. זה הופך את זה למוגבל מאוד בכל מה שקשור לחיפוש אחר כוכבי לכת יבשתיים (המכונים גם "דמויות אדמה") שמקיפים את הכוכבים שלהם (כלומר באזור המגורים של כוכבם). כתוצאה מכך, שיטה זו אינה מועילה במיוחד כשמדובר בחיפוש אחר Exoplanets פוטנציאליים למגורים.

דוגמאות לסקרי הדמיה ישירה:

הגילוי הראשון של ה- Exoplanet שנעשה בטכניקה זו התרחש ביולי 2004, כאשר קבוצה של אסטרונומים השתמשה במצפה הטלסקופ הגדול מאוד (VLTA) של המצפה הדרומי האירופי (VLTA) בכדי לצלם כוכב לכת מספר פעמים מהמסה של צדק בסמיכות 2M1207 - גמד חום הממוקם כ 200 שנות אור מכדור הארץ.

בשנת 2005, תצפיות נוספות אישרו את מסלול ה- Exoplanet סביב 2M1207. עם זאת, חלקם נותרו ספקנים שמדובר במקרה הראשון של "הדמיה ישירה", מכיוון שהזוהר הנמוך של הגמד החום היה זה שהפך את איתור הכוכב לאפשרי. בנוסף, מכיוון שהוא מקיף גמד חום הביא כמה לטעון שענקית הגז אינה כוכב לכת תקין.

בספטמבר 2008 צולם אובייקט עם הפרדה של 330 AU סביב הכוכב המארח שלה, 1RXS J160929.1? 210524 - שנמצא 470 שנות אור משם בקונסטלציה של עקרב. עם זאת, רק בשנת 2010 אושר כי מדובר בכוכב לכת ובן לוויה לכוכב.

ב- 13 בנובמבר, 2008, צוות אסטרונומים הודיע כי תפסו תמונות של אקסופלאנט המקיף את הכוכב פומאלוט באמצעות טלסקופ החלל האבל. התגלית התאפשרה הודות לדיסק העבה של הגז והאבק שהקיף את פומלהוט, והקצה הפנימי החריף המרמז על כך שכוכב לכת פינה פסולת מדרכו.

תצפיות מעקב עם האבל הפיקו תמונות של הדיסק, שאיפשרו לאסטרונומים לאתר את כדור הארץ. גורם תורם נוסף הוא העובדה שכוכב הלכת הזה, שהוא כפול ממסתו של צדק, מוקף במערכת טבעות שעבה פי כמה מהטבעות של שבתאי, מה שגרם לכוכב הלכת לזהור באור חזותי למדי.

באותו יום הודיעו אסטרונומים המשתמשים בטלסקופים מצפה הכוכבים וגם מצפה הכוכבים תאומים כי צילמו 3 כוכבי לכת המקיפים את HR 8799. כוכבי לכת אלה, המונים המונים 10, 10 ו- 7 פעמים מזו של יופיטר, התגלו כולם באינפרא אדום אורכי גל. זה יוחס לעובדה ש- HR 8799 הוא כוכב צעיר ולכוכבי הלכת סביבו, ככל הנראה, לשמור על חלק מחום היווצרותם.

בשנת 2009, ניתוח תמונות שנערך מאז שנת 2003 חשף את קיומו של כוכב לכת המקיף את בטא פיקטוריס. בשנת 2012 הודיעו אסטרונומים המשתמשים בטלסקופ סובארו במצפה הכוכבים מאונה קאה על הדמיה של "סופר-צדק" (עם 12.8 המוני יופיטר) שמקיפים את הכוכב קאפה אנדרומדה במרחק של בערך 55 AU (כמעט כפול המרחק של נפטון מה שמש).

מועמדים אחרים נמצאו במהלך השנים, אך עד כה הם נותרים בלתי מאושרים ככוכבי לכת ויכולים להיות גמדים חומים. בסך הכל אושרו 100 Exoplanets בשיטת הדמיה ישירה (בערך 0.3% מכל Exoplanets מאושר), והרוב המכריע היו ענקי גז שהסתובבו במרחקים גדולים מכוכביהם.

עם זאת, הדבר צפוי להשתנות בעתיד הקרוב ככל שיהיו זמינים טלסקופים מהדור הבא וטכנולוגיות אחרות. אלה כוללים טלסקופים מבוססי קרקע המצוידים באופטיקה אדפטיבית, כמו טלסקופ שלושים מטר (TMT) וטלסקופ מגלן (GMT). הם כוללים גם טלסקופים הנשענים על קורונוגרפיה (כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST)), שבו מכשיר בתוך הטלסקופ משמש כדי לחסום אור מכוכב.

שיטה נוספת שמתפתחת ידועה בשם 'אהיל כוכבים', מכשיר שמוצב כדי לחסום אור מכוכב עוד לפני שהוא נכנס לטלסקופ. עבור טלסקופ מבוסס חלל המחפש exoplanets, צל כוכבים יהיה חללית נפרדת, שנועדה למקם את עצמה בדיוק ובזווית הנכונה כדי לחסום אור כוכבים מהאסטרונומים של הכוכבים.

יש לנו הרבה מאמרים מעניינים על ציד Exoplanet כאן במגזין החלל. הנה מהי שיטת הטרנזיט ?, מהי שיטת המהירות הרדיאלית ?, מהי שיטת המיקרולנסציה הכבדית? והיקום של קפלר: יותר כוכבי לכת בגלקסיה שלנו מאשר כוכבים.

באסטרונומיה קאסט יש גם כמה פרקים מעניינים בנושא. הנה פרק 367: שפיצר עושה Exoplanets ואת פרק 512: Imaging Direct of Exoplanets.

למידע נוסף, הקפד לבדוק את הדף של נאס"א בנושא חקר Exoplanet, העמוד של החברה הפלנטרית בנושא כוכבי לכת חוץ-ארציים, וארכיון Exoplanet של NASA / Caltech.

מקורות: