Pierwsze widmo egzoplanety w świetle widzialnym

Artystyczna wizja planety 51 Pegasi b.
ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org).

Astronomowie korzystając z łowcy planet HARPS, zainstalowanego w należącym do ESO Obserwatorium La Silla w Chile, dokonali pierwszego bezpośredniego wykrycia widma światła z zakresu widzialnego, które uległo odbiciu od egzoplanety. Obserwacje te ukazują także nowe własności słynnego obiektu – pierwszej planety pozasłonecznej odkrytej wokół normalnej gwiazdy: 51 Pegasi. Wyniki sugerują bardzo ciekawą przyszłość dla tej techniki, szczególnie gdy zostanie zastosowana nowa generacja instrumentów, takich jak ESPRESSO na teleskopie VLT oraz przyszłe teleskopy, takie jak E-ELT.

Planeta pozasłoneczna 51 Pegasi b [1] znajduje się 50 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Pegaza. Została odkryta w 1995 roku i na zawsze zostanie zapamiętana jako pierwsza potwierdzona egzoplaneta znaleziono wokół gwiazdy podobnej do Słońca [2]. Jest także uznawana jako archetyp „gorącego jowisza” – klasy planet, o której obecnie wiadomo, że jest względnie powszechna, charakteryzującej się rozmiarami i masą podobnymi do Jowisza, ale orbitami znacznie bliższymi swoim gwiazdom macierzystym.

Od tego przełomowego odkrycia potwierdzono istnienie już ponad 1900 egzoplanet w 1200 systemach planetarnych, ale w dwudziestą rocznicę swojego odkrycia 51 Pegasi b powraca na ring jeszcze raz, aby umożliwić kolejne zaawansowane badania egzoplanet.

Zespół, który dokonał nowej detekcji, był prowadzony przez Jorge Martinsa z Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) oraz Universidade do Porto, Portugalia, który jest obecnie doktorantem w ESO w Chile. Naukowcy użyli instrumentu HARPS na 3,6-metrowym teleskopie ESO w Obserwatorium La Silla w Chile.

Obecnie najszerzej stosowana metoda badania atmosfer egzoplanet polega na obserwowaniu widma gwiazdy macierzystej, gdy jest ono filtrowane przez atmosferę planety podczas tranzytu – technika zwana spektroskopią transmisyjną. Alternatywnym podejściem jest obserwowanie systemu gdy gwiazda przechodzi przed planetą, co w pierwszym rzędzie dostarcza informacji o temperaturze egzoplanety.

Nowa technika nie jest zależna od wyszukiwania tranzytów planet, może być więc potencjalnie używana do badania dużo większej liczby tych obiektów. Pozwala na bezpośrednie wykrycie widma egzoplanety w zakresie widzialnym, co oznacza, że można sprawdzić poszczególnie własności planet niedostępne przy użyciu innych technik.

Widmo gwiazdy macierzystej jest używane jako wzorzec przy poszukiwaniu podobnych sygnatur w świetle, których odbicie od planety jest spodziewane gdy ta porusza się po orbicie. Jest to niezmiernie trudne zadanie, gdyż planety są bardzo słabe w porównaniu do oślepiającego blasku swoich gwiazd.

Sygnał od planety jest równie łatwo blokowane przez inne drobne efekty i źródła szumów [3]. Mimo takich licznych utrudnień, sukces techniki po zastosowaniu do danych o 51 Pegasi b zebranych przez instrument HARPS dowodzi bardzo dużej wartości tej koncepcji.

Jorge Martins wyjaśnia: „Ten typ techniki detekcji jest bardzo istotny naukowo, gdyż pozwala nam mierzyć rzeczywistą masę planety i jej nachylenie orbity, co jest kluczowe dla pełnego zrozumienia układu. Pozwala nam także na oszacowanie zdolności odbijania światła przez planetę, czyli albedo, które może być używane do wywnioskowania składu zarówno powierzchni planety, jak i jej atmosfery.”

Ustalono, iż 51 Pegasi b ma masę około połowy takiej jak Jowisz, a jej orbita ma nachylenie około dziewięciu stopni do kierunku na Ziemię [4]. Planeta wydaje się być większa niż Jowisz pod względem średnicy i o dużych własnościach odbijających światło. Są to typowe własności gorącego Jowisza, który znajduje się blisko swojej gwiazdy i jest wystawiony na intensywne promieniowanie gwiazdy.

HARPS był kluczowy dla pracy zespołu, ale fakt że wyniki uzyskano 3,6-metrowym teleskopem, który ma ograniczoną możliwości stosownie tej techniki, jest bardzo ciekawą wiadomością dla astronomów. Istniejące przyrządy, takie jak ten, będą zastąpione przez znacznie bardziej zaawansowane instrumenty na większych teleskopach, takich jak należący do ESO teleskop VLT oraz przyszły Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski [5].

„Teraz z niecierpliwością czekamy na pierwsze światło od spektrografu ESPRESSO na VLT, aby wykonać bardziej szczegółowe badania tego i innych systemów planetarnych” podsumowuje Nuno Santos z IA oraz Universidade do Porto, który jest współautorem nowej publikacji.

Uwagi

[1] Zarówno 51 Pegasi b, jak i jej gwiazda macierzysta 51 Pegasi, znajdują się pośród obiektów do nazwania w ramach publicznego konkursu NameExoWorlds prowadzonego przez Międzynarodową Unię Astronomiczną (IAU).

[2] Dwa wcześniejsze obiekty planetarne zostały wykryte na orbitach w ekstremalnym środowisku wokół pulsara. Dokonał tego polski astronom prof. Aleksander Wolszczan.

[3] Wyzwanie jest podobne do próby zbadania słabego blasku odbijanego przez malłego owada lecącego wokół odległej i jasnej lampy.

[4] Oznacza to, że orbita planety znajduje się blisko ustawienia “bokiem” w stosunku do Ziemi, ale nie jest to wystarczająco blisko, aby zachodziły tranzyty.

[5] ESPRESSO na VLT, a później jeszcze potężniejsze instrumenty na znacznie większych teleskopach, takie jak E-ELT, pozwolą na znaczące zwiększenie precyzji i możliwości zbierania światło, pomagając w wykrywaniu mniejszych egzoplanet, jednocześnie dostarczając bardziej szczegółowych detali w danych dla planet podobnych do 51 Pegasi b.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “Evidence for a spectroscopic direct detection of reflected light from 51 Peg b”, J. Martins et al., który ukaże się 22 kwietnia 2015 r. w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Skład zespołu badawczego: J. H. C. Martins (IA and Universidade do Porto, Porto, Portugalia; ESO, Santiago, Chile), N. C. Santos (IA and Universidade do Porto), P. Figueira (IA and Universidade do Porto), J. P. Faria (IA and Universidade do Porto), M. Montalto (IA and Universidade do Porto), I. Boisse (Aix Marseille Université, Marseille, France), D. Ehrenreich (Observatoire de Genève, Geneva, Szwajcaria), C. Lovis (Observatoire de Genève), M. Mayor (Observatoire de Genève), C. Melo (ESO, Santiago, Chile), F. Pepe (Observatoire de Genève), S. G. Sousa (IA and Universidade do Porto), S. Udry (Observatoire de Genève) oraz D. Cunha (IA and Universidade do Porto).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1336