Ați auzit / citit adesea în ultimii ani că astronomii au descoperit o nouă exoplanetă (adică planetă din afara sistemului nostru solar). Dar cum fac asta? Ce metode folosesc aceștia? Cât de dificil este să descoperi o exoplanetă?
Am scris recent un articol despre singura imagine directă pe care o avem a unui alt sistem solar. În articol menționam dificultățile în fotografierea altor sisteme solare, date fiind distanțele enorme care ne despart de acestea. Azi se cunosc 3.517 stele care au exoplanete. Iar 783 de sisteme multiplanetare au cel puțin trei planete confirmate. Stelele cu cele mai multe planete (confirmate) sunt Soarele și Kepler-90 cu 8 planete fiecare, urmate de TRAPPIST-1 cu 7 planete.
Bun, dar cum descoperi o planetă? Iată cinci tehnici folosite de astronomi pentru a descoperi exoplanete.
1. Viteza radială
Prin această metodă s-au descoperit 850 de exoplanete.
Atunci când o planetă orbitează o stea, chiar dacă planeta are o masă mult mai mică, generează o mișcare stânga-dreapta (cum este văzută de un observator depărtat) a stelei, căci, în fapt, atât steaua, cât și planeta, gravitează în jurul centrului de greutate comun (baricentrul), care este, de regulă, în interiorul stelei, dată fiind enorma diferență de masă dintre stea și planetă, dar nu chiar în centrul acesteia.
→ Citește mai multe aici pe subiectul centrului comun de masă.
Cu cât este mai mare planeta, cu atât mai mare efectul asupra stelei în jurul căreia gravitează. Mișcarea stelei din animația de mai sus este mult exagerată, pentru a înțelege ușor conceptul expus.
Mișcarea în planul planetelor a stelei ne spune: dacă o stea are planete, câte sunt și cât de mari sunt acestea.
Dar cum poți observa această mișcare a stelei generată de orbitarea unor planete? Pentru că mișcarea stânga-dreapta este atât de mică, încât e extrem de dificil de detectat de pe Terra.
Secretul stă în măsurarea lungii de undă a luminii emise de stea. Mișcarea stelei, în raport cu noi, este atât stânga-dreapta, dar și înainte-înapoi. Iar acest „înainte-înapoi” este esențial, pentru că atunci când steaua se apropie un pic de noi, se schimbă lungimea de undă a luminii emise (undele se „comprimă”), iar când aceasta se depărtează undele au o lungime de undă mai mare. Observarea acestor schimbări ale lungimii de undă oferă indicii clare cu privire la mișcarea stelei, care oferă date despre existența unor planete care orbitează steaua.
2. Trecerea prin fața stelei
Prin această metodă s-au descoperit 3.336 de planete.
Atunci când o planetă trece prin fața stelei pe care o orbitează, aceasta blochează o parte din lumina emisă, chiar dacă steaua este mult mai mare decât planeta. Natural, o planetă mai mare (în raport cu o anumită stea) blochează mai multă lumină.
Pe de altă parte, cu cât planeta este mai departe de stea, cu atât tranzitul (perioada în care planeta se suprapune cu steaua, din punctul de vedere al observatorului de pe Terra) durează mai mult.
Această metodă oferă și informații despre compoziția atmosferei planetei și temperatura acesteia. Atunci când planeta trece prin dreptul stelei, lumina stelară trece prin atmosfera planetei, iar analiza culorilor luminii rezultate oferă date despre compoziția atmosferei planetei.
3. Fotografiere directă
Prin această metodă s-au descoperit 53 de planete.
Cum știți, planetele nu au lumină proprie, ci o primesc de la stele. Exoplanetele au o lumină mult mai slabă decât stelele pe care le orbitează. Lumina reflectată de planetă este „copleșită” de lumina venită de la stea. De aceea este foarte greu să fotografiezi exoplanete.
Metoda pentru a putea totuși fotografia o planetă este să blochezi lumina stelei, artificial, la nivelul instrumentului de măsură, pentru a putea vedea / capta lumina planetei.
4. Microlentilă gravitațională
Prin această metodă s-au descoperit 108 planete.
Einstein a schimbat modul în care înțelegem gravitația. Astăzi considerăm, conform relativității generale, că obiectele mari distorsionează (curbează) spațiu-timpul. Acest lucru face ca lumina venită de la obiecte îndepărtate să aibă traiectoria modificată.
→ Citește mai multe aici despre efectul de lentilă gravitațională.
Metoda microlentilei gravitaționale este un fenomen astronomic generat de efectul de lentilă gravitațională. Poate fi folosit pentru a detecta obiecte de masa unei planete ori a unei stele, indiferent de lumina pe care o emit.
Lentila gravitațională permite focalizarea luminii emise de o stea îndepărtată, ceea ce face ca steaua să pară mai strălucitoare. Cum puteți observa și din animația de mai sus, atunci când steaua însoțită de planetă trece printre observator și steaua îndepărtată, lumina stelei îndepărtate devine mai intensă pentru observator (ca urmare a focalizării acesteia ca urmare a curbării spațiu-timpului). Steaua interpusă și planeta ce-o însoțește au efecte diferite asupra luminii stelei îndepărtate, permițând astfel identificarea exoplanetelor.
Metoda microlentilei gravitaționale permite studierea obiectelor care nu emit lumină sau emit puțină lumină, pentru că importantă este lumina sursei îndepărtate, nu cea a obiectului cosmic studiat (o exoplanetă ce se interpune între obiectul îndepărtat și observator, de exemplu).
Această metodă permite și observarea planetelor „rătăcitoare”, a celor care au scăpat din câmpul gravitațional al stelei lor și rătăcesc prin univers.
5. Astrometrie
Prin această metodă s-a descoperit o singură planetă.
Spuneam la punctul 1, când vorbeam despre „viteza radială”, că este dificil să observi mișcarea stânga-dreapta a unei stele. Deși este dificil de observat această deplasare a stelei, iar dovada este că o singură planetă a fost descoperită astfel, nu este imposibil.
Astrometria constă în măsurarea distanței dintre steaua măsurată și o altă stea / alte stele. Atunci când se observă o schimbare a acestei distanțe, este un indiciu al prezenței unui obiect, ca o planetă, care este „vinovată” de această schimbare a distanței.
Astrometria are nevoie de optică extrem de precisă, iar ca lucrurile să fie cât se poate de dificile, mai e de adăugat că atmosfera terestră afectează măsurătorile, prin distorsiunile introduse de atmosfera terestră, care afectează traiectoria luminii.
Sursa: NASA
