Τετάρτη, 27 Ιουνίου 2012

Νέος τρόπος ανίχνευσης της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών - Ο Ταυ Βοώτη βήτα τελικά αποκαλύφθηκε


 Για πρώτη φορά μια έξυπνη νέα τεχνική επέτρεψε στους αστρονόμους να μελετήσουν την ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη λεπτομερώς - ακόμη και όταν ο πλανήτης δεν διέρχεται μπροστά από το άστρο του. Διεθνής ομάδα αστρονόμων, χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του ESO, VLT, ανίχνευσε απευθείας την αμυδρή λάμψη του πλανήτη Ταυ Βοώτη βήτα. Μελέτησαν την ατμόσφαιρα του και κατέγραψαν, για πρώτη φορά με ακρίβεια, την τροχιά και την μάζα του, λύνοντας στην πορεία, ένα δεκαπενταετές πρόβλημα. Παραδόξως η ομάδα ανακάλυψε ότι η ατμόσφαιρα του πλανήτη είναι ψυχρότερη σε μεγαλύτερο υψόμετρο, το αντίθετο από ό, τι αναμενόταν. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature της 28ης Ιουνίου 2012.

 Ο πλανήτης Ταυ Βοώτη βήτα [1] ήταν ανάμεσα στους πρώτους που ανακαλύφθηκαν το 1996 και είναι ένας από τους πιο κοντινούς μας. Αν και το αστέρι που τον φιλοξενεί είναι εύκολα ορατό στο γυμνό μάτι, ο πλανήτης φυσικά και δεν είναι, και μέχρι τώρα μπορούσε να ανιχνευθεί μόνο μέσω της βαρυτικής του επίδρασης στο άστρο. Ο Ταυ Βοώτη βήτα είναι ένας μεγάλος “καυτός Δίας” που περιφέρεται πολύ κοντά στο μητρικό του άστρο.

 Όπως πολλοί εξωπλανήτες, δεν διέρχεται μπροστά από το άστρο του (όπως η πρόσφατη διάβαση της Αφροδίτης). Έως τώρα τέτοιες διαβάσεις ήταν απαραίτητες για να γίνει δυνατή η μελέτη της ατμόσφαιρας τέτοιων πλανητών: όταν ο πλανήτης διέρχεται μπροστά από το άστρο του, αποτυπώνονται οι ιδιότητες της ατμόσφαιρας του στο φως του άστρου. Καθώς δεν περνάει κανένα αστρικό φως από την ατμόσφαιρα του Ταυ Βοώτη βήτα, δεν ήταν δυνατόν να μελετηθεί.

 Αλλά τώρα, μετά από 15 χρόνια προσπαθειών για την μελέτη της αμυδρής λάμψης από εξωπλανήτες τύπου καυτού Δία, οι αστρονόμοι τελικά κατάφεραν να ανιχνεύσουν αξιόπιστα την δομή της ατμόσφαιρας του Ταυ Βοώτη βήτα συνάγοντας με ακρίβεια την μάζα του για πρώτη φορά. Η ομάδα χρησιμοποίησε τον φασματογράφο CRIRES [2] του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου VLT στο αστεροσκοπείο Παρανάλ στην Χιλή. Συνδύασαν υπέρυθρες παρατηρήσεις υψηλής ποιότητας (σε μήκη κύματος γύρω στα 2,3 μικρά) [3] με ένα έξυπνο τέχνασμα για να εξάγουν το αδύναμο σήμα του πλανήτη από το πολύ ισχυρότερο σήμα του μητρικού άστρου του [4].

 Ο επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας Matteo Brogi (Αστεροσκοπείο Leiden, Ολλανδία) εξηγεί: “Χάρη στις υψηλής ποιότητας παρατηρήσεις μέσω του VLT και του CRIRES, μπορέσαμε να μελετήσουμε το φάσμα του συστήματος με περισσότερη λεπτομέρεια απ’ ό,τι ήταν δυνατόν έως τώρα. Μόνο το 0,01% του φωτός που βλέπουμε προέρχεται από τον πλανήτη και το υπόλοιπο από το άστρο, έτσι δεν ήταν τόσο εύκολο”

 Οι περισσότεροι εξωπλανήτες ανακαλύφθηκαν μέσω της βαρυτικής τους επίδρασης στα μητρικά τους άστρα, γεγονός που περιορίζει την πληροφορία που μπορεί να αντληθεί για την μάζα τους, επιτρέποντας έτσι να υπολογιστεί μόνο το κατώτερο όριο μάζας για τον πλανήτη [5]. Η νέα μέθοδος που εφαρμόστηκε για πρώτη φορά εδώ, είναι πολύ πιο ισχυρή. Παρατηρώντας το φως του πλανήτη απευθείας, επέτρεψε στους αστρονόμους να μετρήσουν την κλίση της τροχιάς του πλανήτη και έτσι να υπολογίσουν με ακρίβεια την μάζα του. Με τον εντοπισμό των αλλαγών στην κίνηση του πλανήτη καθώς περιφέρεται γύρω από το άστρο του, η ομάδα προσδιόρισε, με αξιοπιστία για πρώτη φορά, ότι η τροχιά του Ταυ Βοώτη βήτα έχει κλίση 44 μοιρών και ότι ο πλανήτης έχει μάζα εξαπλάσια του Δία.

 “Οι νέες παρατηρήσεις με το VLT έλυσαν ένα πρόβλημα 15 ετών σχετικά με την μάζα του Ταυ Βοώτη βήτα. Και η νέα τεχνική μας επιτρέπει να μελετήσουμε τις ατμόσφαιρες εξωπλανητών που δεν διέρχονται μπροστά από τα άστρα τους, καθώς και να μετρήσουμε με ακρίβεια τις μάζες τους, κάτι που ήταν αδύνατο έως τώρα”, δηλώνει ο Ignas Snellen (Αστεροσκοπείο Leiden, Ολλανδία). “Είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός”

 Εκτός από την ανίχνευση του σήματος της ατμόσφαιρας και της μέτρησης της μάζας του Ταυ Βοώτη βήτα, η ομάδα εξέτασε και την ατμόσφαιρα του μετρώντας το ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα, καθώς και την θερμοκρασία σε διαφορετικά υψόμετρα μέσω της σύγκρισης των παρατηρήσεων και των θεωρητικών μοντέλων. Ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα της εργασίας αυτής είναι ότι οι νέες παρατηρήσεις έδειξαν μια ατμόσφαιρα με θερμοκρασία που πέφτει όσο αυξάνει το υψόμετρο. Αυτό το αποτέλεσμα είναι ακριβώς το αντίθετο της θερμοκρασιακής αναστροφής- μια αύξηση της θερμοκρασίας με το ύψος - κάτι που παρατηρείται στις ατμόσφαιρες εξωπλανητών με χαρακτηριστικά καυτού Δία [6] [7].

 Οι παρατηρήσεις με το VLT δείχνουν ότι η φασματοσκοπία υψηλής ανάλυσης από επίγεια τηλεσκόπια, είναι ένα πολύτιμο εργαλείο λεπτομερούς ανάλυσης της ατμόσφαιρας εξωπλανητών που δεν διέρχονται μπροστά από το μητρικό τους άστρο. Η ανίχνευση διαφορετικών μορίων στο μέλλον θα επιτρέψει στους αστρονόμους να μάθουν περισσότερα σχετικά με τις ατμοσφαιρικές συνθήκες του πλανήτη. Κάνοντας μετρήσεις κατά μήκος της τροχιάς του, θα μπορούν ακόμη να παρακολουθούν τις ατμοσφαιρικές αλλαγές κατά την διάρκεια μιας ολόκληρης ημέρας στον πλανήτη.

 “Η έρευνα δείχνει τις τεράστιες δυνατότητες των σημερινών και μελλοντικών επίγειων τηλεσκοπίων, όπως το E-ELT. Ίσως μια μέρα να ανακαλύψουμε και αποδείξεις βιολογικής δραστηριότητας σε πλανήτες σαν τη Γη με τον τρόπο αυτό¨, καταλήγει ο Ignas Snellen.





Σημειώσεις

 [1] Το όνομα του πλανήτη, Ταυ Βοώτη βήτα, προέρχεται από το όνομα του άστρου, Ταυ Βοώτη, και το “βήτα” που υποδηλώνει ότι πρόκειται για τον πρώτο πλανήτη που ανακαλύφθηκε γύρω από αυτό το άστρο. Η ονομασία Ταυ Βοώτη άλφα χρησιμοποιείται για το ίδιο το άστρο.

 [2] CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer

 [3] Στα υπέρυθρα μήκη κύματος, το μητρικό άστρο εκπέμπει λιγότερο φως απ’ ότι στα οπτικά μήκη κύματος, έτσι γίνεται ευκολότερος ο διαχωρισμός του ασθενούς σήματος του πλανήτη.

 [4] Η μέθοδος χρησιμοποιεί την ταχύτητα του πλανήτη πάνω στην τροχιά του γύρω από το άστρο, για να ξεχωρίσει την ακτινοβολία του πλανήτη από αυτή του άστρου αλλά και από σήματα που προέρχονται από την ατμόσφαιρα της Γης. Η ίδια ομάδα αστρονόμων δοκίμασε την μέθοδο και σε πλανήτη που διέρχεται μπροστά από το άστρο του, μετρώντας την τροχιακή του ταχύτητα κατά την διάρκεια της διάβασης.

 [5] Αυτό συμβαίνει επειδή η κλίση της τροχιάς είναι συνήθως άγνωστη. Εάν η τροχιά έχει κλίση σε σχέση με την γραμμή θέασης ως προς την Γη και ο πλανήτης έχει μεγάλη μάζα, παρατηρείται η ίδια κίνηση του άστρου σαν να υπήρχε ελαφρύτερος πλανήτης με λιγότερη κεκλιμένη τροχιά, και έτσι δεν είναι δυνατός ο διαχωρισμός των δυο επιδράσεων.

 [6] Οι θερμικές αναστροφές διακρίνονται από μοριακά χαρακτηριστικά στην εκπομπή του φάσματος παρά στην απορρόφηση, όπως ερμηνεύθηκε σε φωτομετρικές παρατηρήσεις πλανητών τύπου καυτού Δία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer. Ο εξωπλανήτης HD209458b είναι το καλύτερα μελετημένο παράδειγμα θερμικών αναστροφών σε ατμόσφαιρα εξωπλανήτη.

 [7] Η παρατήρηση συμφωνεί με το μοντέλο στο οποίο η δυνατή υπεριώδης ακτινοβολία που συνδέεται με χρωμοσφαιρική δραστηριότητα - παρόμοια με την δραστηριότητα του μητρικού άστρου του Ταυ Βοώτη βήτα - ευθύνεται για την αναστολή της θερμοκρασιακής αναστροφής.

 Περισσότερες πληροφορίες

 Η εργασία θα παρουσιαστεί με τίτλο: “Η υπογραφή της τροχιακής κίνησης από την πλευρά της ημέρας του πλανήτη Ταυ Βοώτη βήτα” στο περιοδικό Nature στις 28 Ιουνίου 2012.

 Η ομάδα αποτελείται από τους Matteo Brogi (Αστεροσκοπείο Leiden, Ολλανδία), Ignas A. G. Snellen (Αστεροσκοπείο Leiden, Ολλανδία), Remco J. de Kok (SRON, Ουτρέχτη, Ολλανδία), Simon Albrecht (ΜΙΤ, ΗΠΑ), Jayne Birkby (Αστεροσκοπείο Leiden, Ολλανδία) και Ernst J. W. de Mooij (Πανεπιστήμιο Τορόντο, Καναδάς, Αστεροσκοπείο Leiden, Ολλανδία)

 Το 2012 συμπληρώνονται 50 χρόνια από την ίδρυση του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου. Το ESO, (European Southern Observatory - Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο), αποτελεί τον κορυφαίο διακρατικό ερευνητικό οργανισμό για την αστρονομία στην Ευρώπη, και το πλέον παραγωγικό αστρονομικό παρατηρητήριο στον κόσμο.
 Το ESO διαθέτει τις εξελιγμένες ερευνητικές εγκαταστάσεις του στους αστρονόμους. Υποστηρίζεται από 15 χώρες, την Αυστρία, το Βέλγιο, τη Βραζιλία, τη Γαλλία, τη Γερμανία, τη Δανία, την Ελβετία, το Ηνωμένο Βασίλειο, την Ισπανία, την Ιταλία, την Ολλανδία, τη Πορτογαλία, τη Σουηδία, τη Τσεχία και τη Φινλανδία.
 Το ESO ακολoυθεί ένα φιλόδοξο πρόγραμμα σχεδίασης, κατασκευής και λειτουργίας ισχυρών επίγειων εγκαταστάσεων αστρονομικής παρατήρησης, παρέχοντας στους αστρονόμους τα τεχνικά μέσα για την πραγματοποίηση σημαντικών επιστημονικών ανακαλύψεων.
 Το ESO συμβάλλει επίσης στην προώθηση και τον συντονισμό της συνεργασίας στην αστρονομική έρευνα. Το ESO διαθέτει τρεις εγκαταστάσεις παρατηρήσεων, κορυφαίες σε παγκόσμιο επίπεδο, στη Χιλή, στις περιοχές La Silla, Paranal και Chajnantor.
 Στο Paranal βρίσκεται το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο, VLT, το πλέον προηγμένο παγκοσμίως αστρονομικό παρατηρητήριο στο ορατό τμήμα του φάσματος, και δύο τηλεσκόπια επισκοπήσεων: το VISTA το οποίο παρατηρεί στο υπέρυθρο και αποτελεί το μεγαλύτερο επίγειο τηλεσκόπιο επισκοπήσεων και το τηλεσκόπιο επισκοπήσεων VLT το οποίο είναι το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο που έχει σχεδιαστεί για τέτοιες παρατηρήσεις στο οπτικό μέρος του φάσματος.
 Το ESO είναι ο Ευρωπαϊκός εταίρος στο επαναστατικό τηλεσκόπιο ALMA, το μεγαλύτερο έργο αστρονομικής παρατήρησης στο κόσμο. Το ESO σχεδιάζει την κατασκευή του διαμέτρου 40 μέτρων European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, γνωστού ως E-ELT, το οποίο θα αποτελέσει το “μεγαλύτερο μάτι της ανθρωπότητας προς τον ουρανό”.


Όμιλος Φίλων Αστρονομίας / ESO


www.ofa.gr

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου