კეთილი იყოს თქვენი მობრძანება ჩვენს სერიაში ეგზოპლანეტებზე ნადირობის მეთოდების შესახებ! დღეს ჩვენ განვიხილავთ ეგზოპლანეტების აღმოჩენის სხვა ფართოდ გამოყენებულ და პოპულარულ მეთოდს, რომელიც ცნობილია როგორც რადიალური სიჩქარის მეთოდი (ანუ დოპლერის სპექტროსკოპია).
ნადირობაზე მზის ზედმეტი პლანეტები რა თქმა უნდა, გაცხელდა ბოლო ათწლეულის განმავლობაში! ინსტრუმენტებისა და მეთოდოლოგიის გაუმჯობესების წყალობით, აღმოჩენილი ეგზოპლანეტების რაოდენობა (დღემდე 2017 წლის 1 დეკემბერი ) მიაღწია 3710 პლანეტას 2780 ვარსკვლავურ სისტემაში, 621 სისტემით ამაყობს მრავალი პლანეტით. სამწუხაროდ, იმ საზღვრების გამო, რომლებსაც ასტრონომები იძულებულნი არიან შეებრძოლონ, დიდი უმრავლესობა აღმოჩენილია არაპირდაპირი მეთოდების გამოყენებით.
რაც შეეხება ამ არაპირდაპირ მეთოდებს, ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული და ეფექტურია რადიალური სიჩქარის მეთოდი - ასევე ცნობილი როგორც დოპლერის სპექტროსკოპია. ეს მეთოდი ეყრდნობა სპექტრის ვარსკვლავებზე დაკვირვებას „რხევის“ ნიშნებისთვის, სადაც აღმოჩენილია, რომ ვარსკვლავი მოძრაობს დედამიწისკენ და შორს. ეს მოძრაობა გამოწვეულია პლანეტების არსებობით, რომლებიც ახდენენ გრავიტაციულ გავლენას მზეზე.
აღწერა:
არსებითად, რადიალური სიჩქარის მეთოდი შედგება არა თავად პლანეტების ნიშნების ძიებაში, არამედ ვარსკვლავზე მოძრაობის ნიშნების დაკვირვებაში. ეს გამოითვლება სპექტომეტრის გამოყენებით, რათა გავზომოთ ვარსკვლავის სპექტრული ხაზების გადაადგილების გზა დოპლერის ეფექტი - ანუ როგორ გადაინაცვლებს ვარსკვლავიდან სინათლე სპექტრის წითელ ან ლურჯ ბოლოში (წითელშიფტი/ლურჯი ცვლა).
დიაგრამა, რომელიც ასახავს რადიალური სიჩქარის (aka. Doppler Shift) მეთოდს. კრედიტი: Las Cumbres Observatory
ეს ძვრები იმის მანიშნებელია, რომ ვარსკვლავი შორდება (წითელში) ან (ლურჯი) დედამიწისკენ. ვარსკვლავის სიჩქარიდან გამომდინარე, ასტრონომებს შეუძლიათ განსაზღვრონ პლანეტის ან პლანეტების სისტემის არსებობა. სიჩქარე, რომლითაც ვარსკვლავი მოძრაობს მისი მასის ცენტრის ირგვლივ, რომელიც პლანეტაზე გაცილებით მცირეა, მაინც გაზომვადია დღევანდელი სპექტრომეტრების გამოყენებით.
2012 წლამდე ეს მეთოდი იყო ეგზოპლანეტების აღმოჩენის ყველაზე ეფექტური საშუალება, მაგრამ მას შემდეგ შეიცვალა ტრანზიტული ფოტომეტრია . მიუხედავად ამისა, ის რჩება უაღრესად ეფექტურ მეთოდად და ხშირად გამოიყენება ტრანზიტის მეთოდთან ერთად ეგზოპლანეტების არსებობის დასადასტურებლად და მათი ზომისა და მასის შეზღუდვის დასადასტურებლად.
უპირატესობები:
რადიალური სიჩქარის მეთოდი იყო ეგზოპლანეტების აღმოჩენის პირველი წარმატებული საშუალება და მას ჰქონდა მაღალი წარმატების მაჩვენებელი ორივე ახლომდებარე ეგზოპლანეტების იდენტიფიცირებისთვის. შემდეგი ბ და TRAPPIST-1 შვიდი პლანეტა) და შორეული ვარსკვლავური სისტემები ( COROT-7c ). ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ ის საშუალებას იძლევა პირდაპირ გაიზომოს პლანეტის ორბიტის ექსცენტრიულობა.
რადიალური სიჩქარის სიგნალი დისტანციიდან დამოუკიდებელია, მაგრამ მაღალი სიზუსტის მისაღწევად საჭიროებს მაღალი სიგნალის და ხმაურის თანაფარდობის სპექტრს. როგორც ასეთი, ის ჩვეულებრივ გამოიყენება ვარსკვლავების ირგვლივ დაბალი მასის პლანეტების მოსაძებნად, რომლებიც დედამიწიდან 160 სინათლის წლის მანძილზე არიან, მაგრამ მაინც შეუძლიათ რამდენიმე ათასი სინათლის წლის მანძილზე გაზის გიგანტების აღმოჩენა.
https://exoplanets.nasa.gov/5_ways_content/vid/radial_velocity.mp4რადიალური სიჩქარის ტექნიკას შეუძლია აღმოაჩინოს პლანეტები დაბალი მასის ვარსკვლავების გარშემო, როგორიცაა M ტიპის (წითელი ჯუჯა) ვარსკვლავები. ეს გამოწვეულია იმით, რომ დაბალი მასის ვარსკვლავები უფრო მეტად განიცდიან პლანეტების გრავიტაციულ მიზიდვას და იმიტომ, რომ ასეთი ვარსკვლავები ჩვეულებრივ ბრუნავენ უფრო ნელა (რაც იწვევს უფრო მკაფიო სპექტრულ ხაზებს). ეს ხდის რადიალური სიჩქარის მეთოდს მეტად გამოსადეგი ორი მიზეზის გამო.
ერთი, M- ტიპის ვარსკვლავები ყველაზე გავრცელებულია სამყაროში, სპირალურ გალაქტიკებში ვარსკვლავების 70% და ელიფსურ გალაქტიკებში ვარსკვლავების 90%. მეორე, ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ დაბალი მასის, M ტიპის ვარსკვლავები ყველაზე სავარაუდო ადგილია ხმელეთის (ანუ კლდოვანი) პლანეტების საპოვნელად. აქედან გამომდინარე, რადიალური სიჩქარის მეთოდი კარგად შეეფერება დედამიწის მსგავსი პლანეტების შესწავლას, რომლებიც წითელ ჯუჯა მზეებთან ახლოს ბრუნავენ (მათ შესაბამის საცხოვრებელ ზონებში).
კიდევ ერთი მთავარი უპირატესობა არის ის, რომ რადიალური სიჩქარის მეთოდს შეუძლია ზუსტი შეზღუდვების დაყენება პლანეტის მასაზე. მიუხედავად იმისა, რომ ვარსკვლავის რადიალურ სიჩქარეს შეუძლია გამოავლინოს მხოლოდ პლანეტის მინიმალური მასის შეფასებები, პლანეტის საკუთარი სპექტრული ხაზების ვარსკვლავისგან განასხვავება შეუძლია პლანეტის რადიალური სიჩქარის გაზომვას.
ეს საშუალებას აძლევს ასტრონომებს დაადგინონ პლანეტის ორბიტის დახრილობა, რაც პლანეტის რეალური მასის გაზომვის საშუალებას იძლევა. ეს ტექნიკა ასევე გამორიცხავს ცრუ დადებით შედეგებს და გვაწვდის მონაცემებს პლანეტის შემადგენლობის შესახებ. მთავარი საკითხი ის არის, რომ ასეთი აღმოჩენა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ პლანეტა ბრუნავს შედარებით კაშკაშა ვარსკვლავის გარშემო და თუ პლანეტა ირეკლავს ან ასხივებს ბევრ სინათლეს.
მზის პლანეტების აღმოჩენების რაოდენობა წელიწადში 2014 წლის სექტემბრამდე, ფერებით, რომლებიც მიუთითებენ გამოვლენის მეთოდზე - რადიალური სიჩქარე (ლურჯი), ტრანზიტი (მწვანე), დრო (ყვითელი), პირდაპირი გამოსახულება (წითელი), მიკროლინზირება (ნარინჯისფერი). კრედიტი: საჯარო დომენი
2017 წლის დეკემბრის მდგომარეობით, ყველა ეგზოპლანეტის აღმოჩენიდან 662 (როგორც კანდიდატები, ასევე ისინი, ვინც დადასტურებულია) გამოვლინდა მხოლოდ რადიალური სიჩქარის მეთოდის გამოყენებით - საერთო რაოდენობის თითქმის 30%.
ნაკლოვანებები:
როგორც ითქვა, რადიალური სიჩქარის მეთოდს ასევე აქვს რამდენიმე შესამჩნევი ნაკლი. დასაწყისისთვის, შეუძლებელია ასობით ან თუნდაც ათასობით ვარსკვლავის ერთდროულად დაკვირვება ერთი ტელესკოპით - როგორც ეს ხდება ტრანზიტული ფოტომეტრიით. გარდა ამისა, ზოგჯერ დოპლერის სპექტროგრაფიას შეუძლია ცრუ სიგნალების წარმოქმნა, განსაკუთრებით მრავალპლანეტურ და მრავალვარსკვლავიან სისტემებში.
ეს ხშირად გამოწვეულია მაგნიტური ველების არსებობით და ვარსკვლავური აქტივობის გარკვეული ტიპებით, მაგრამ ასევე შეიძლება წარმოიშვას საკმარისი მონაცემების ნაკლებობით, რადგან ვარსკვლავები, როგორც წესი, მუდმივად არ აკვირდებიან. თუმცა, ეს შეზღუდვები შეიძლება შემცირდეს რადიალური სიჩქარის გაზომვების სხვა მეთოდთან დაწყვილებით, რომელთაგან ყველაზე პოპულარული და ეფექტურია ტრანზიტული ფოტომეტრია.
მიუხედავად იმისა, რომ ვარსკვლავისა და პლანეტის სპექტრული ხაზების გარჩევა საშუალებას იძლევა უკეთესი შეზღუდვების დაწესება პლანეტის მასაზე, ეს ზოგადად შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ პლანეტა ბრუნავს შედარებით კაშკაშა ვარსკვლავის გარშემო და პლანეტა ირეკლავს ან ასხივებს უამრავ შუქს. გარდა ამისა, პლანეტები, რომლებსაც აქვთ მაღალი დახრილი ორბიტები (დამკვირვებლის მხედველობის ხაზთან შედარებით) წარმოქმნიან უფრო მცირე ხილულ რხევებს და, შესაბამისად, უფრო ძნელია მათი აღმოჩენა.
საბოლოო ჯამში, რადიალური სიჩქარის მეთოდი ყველაზე ეფექტურია ტრანზიტის ფოტომეტრიასთან დაწყვილებისას, განსაკუთრებით ამ უკანასკნელი მეთოდით გაკეთებული აღმოჩენების დასადასტურებლად. როდესაც ორივე მეთოდი გამოიყენება კომბინაციაში, პლანეტის არსებობა არა მხოლოდ შეიძლება დადასტურდეს, არამედ მისი რადიუსისა და ნამდვილი მასის ზუსტი შეფასების გაკეთება.
რადიალური სიჩქარის კვლევის მაგალითები:
ობსერვატორიები, რომლებიც იყენებენ რადიალური სიჩქარის მეთოდს, მოიცავს ევროპის სამხრეთ ობსერვატორიას (ESO) ობსერვატორიის კათედრა ჩილეში. ეს ობიექტი ატარებს ეგზოპლანეტებზე ნადირობის კვლევებს თავისი 3,6 მეტრიანი ტელესკოპით, რომელიც აღჭურვილია მაღალი სიზუსტის რადიალური სიჩქარის პლანეტების ძიება (HARPS) სპექტრომეტრი. ასევე არის ტელესკოპები კეკის ობსერვატორია მაუნა კეიში, ჰავაი, რომლებიც ეყრდნობიან მაღალი გარჩევადობის ეშელის სპექტრომეტრი (HIRES) სპექტრომეტრი.
ასევე არსებობს ოტ-პროვანსის ობსერვატორია სამხრეთ საფრანგეთში, რომელიც იყენებდა ELODIE სპექტროგრაფი აღმოაჩინო 51 პეგასი ბ – პირველი „ცხელი იუპიტერი“, რომელიც ტრიალებს მთავარი მიმდევრობის ვარსკვლავის გარშემო – 1995 წელს. 2006 წელს ELODIE გაუქმდა და ჩაანაცვლა Sophie სპექტროგრაფი .
ეგზოპლანეტებზე ნადირობის კვლევები, რომლებიც ეყრდნობა რადიალური სიჩქარის მეთოდს, სავარაუდოდ, დიდ სარგებელს მოუტანს ჯეიმს უების კოსმოსური ტელესკოპი (JWST), რომელიც დაგეგმილია 2019 წელს. ოპერირების შემდეგ, ეს მისია მიიღებს ვარსკვლავების დოპლერულ გაზომვებს მისი ინფრაწითელი ინსტრუმენტების მოწინავე კომპლექტის გამოყენებით ეგზოპლანეტების კანდიდატების არსებობის დასადგენად. ზოგიერთი მათგანი შემდეგ დადასტურდება გამოყენებით ტრანზიტული ეგზოპლანეტების კვლევის თანამგზავრი (TESS) – რომელიც განლაგდება 2018 წელს.
ტექნოლოგიებისა და მეთოდოლოგიის გაუმჯობესების წყალობით, ეგზოპლანეტების აღმოჩენა ბოლო წლებში ნახტომებით და საზღვრებით გაიზარდა. ათასობით ეგზოპლანეტის დადასტურებით, აქცენტი თანდათან გადაინაცვლა ამ პლანეტების დახასიათებაზე, რათა მეტი გაიგოთ მათი ატმოსფეროსა და მათ ზედაპირზე არსებული პირობების შესახებ. უახლოეს ათწლეულებში, ნაწილობრივ ახალი მისიების განლაგების წყალობით, მოსალოდნელია ძალიან ღრმა აღმოჩენების გაკეთება!
ჩვენ გვაქვს ბევრი საინტერესო სტატია ეგზოპლანეტებზე ნადირობის შესახებ აქ Universe Today-ში. აი რა არის დამატებითი მზის პლანეტები? , რა არის ტრანზიტის მეთოდი? , რა არის პირდაპირი გამოსახულების მეთოდი? , რა არის გრავიტაციული მიკროლინზირების მეთოდი? , და კეპლერის სამყარო: უფრო მეტი პლანეტა ჩვენს გალაქტიკაში, ვიდრე ვარსკვლავები .
Astronomy Cast-საც აქვს რამდენიმე საინტერესო ეპიზოდი ამ თემაზე. აი ეპიზოდი 366: HARPS სპექტროგრაფი .
დამატებითი ინფორმაციისთვის, აუცილებლად გაეცანით NASA-ს გვერდს ეგზოპლანეტების გამოკვლევა , პლანეტარული საზოგადოების გვერდზე ექსტრამზის პლანეტები და NASA/Caltech ეგზოპლანეტების არქივი .
წყაროები: