VAD äR GRAVITATIONAL MICROLENSING METHOD?

Send

Välkommen tillbaka till vår serie om exoplanet-jaktmetoder! Idag tittar vi på den nyfikna och unika metoden som kallas Gravitational Microlensing.

Jakten på extra solplaneter har säkert upphettat det senaste decenniet. Tack vare förbättringar gjorda inom teknik och metodik har antalet exoplaneter som har observerats (från 1 december 2017) nått 3 710 planeter i 2 780 stjärnsystem, med 621 system med flera planeter. Tyvärr, på grund av olika begränsningar astronomer tvingas att kämpa med, har den stora majoriteten upptäckts med indirekta metoder.

En av de vanligare metoderna för indirekt upptäckt av exoplaneter kallas Gravitational Microlensing. I huvudsak förlitar sig denna metod på gravitationskraften hos avlägsna föremål för att böja och fokusera ljus som kommer från en stjärna. När en planet passerar framför stjärnan relativt observatören (dvs gör en transitering), tappar ljuset mätbart, vilket sedan kan användas för att bestämma närvaron av en planet.

I detta avseende är Gravitational Microlensing en nedskalad version av Gravitational Lensing, där ett ingripande objekt (som ett galaxklynge) används för att fokusera ljus som kommer från en galax eller annat objekt som ligger utanför det. Den innehåller också ett nyckelelement i den mycket effektiva transiteringsmetoden, där stjärnor övervakas med avseende på dopp i ljusstyrka för att indikera närvaron av en exoplanet.

Beskrivning:

I överensstämmelse med Einsteins teori om generell relativitet förorsakar tyngdekraften rymdtidens tyg att böjas. Denna effekt kan leda till att ljus som påverkas av ett objekts tyngdkraft blir förvrängda eller böjda. Det kan också fungera som en lins, vilket gör att ljus blir mer fokuserat och gör att avlägsna föremål (som stjärnor) verkar ljusare för en iakttagare. Denna effekt inträffar endast när de två stjärnorna är nästan exakt i linje relativt observatören (dvs en placerad framför den andra).

Dessa "linshändelser" är korta, men rikliga, eftersom Jorden och stjärnorna i vår galax alltid rör sig relativt varandra. Under det senaste decenniet har över tusen sådana händelser observerats och varade vanligtvis i några dagar eller veckor åt gången. Faktum är att denna effekt användes av Sir Arthur Eddington 1919 för att tillhandahålla det första empiriska beviset för General Relativity.

Detta ägde rum under solförmörkelsen den 29 maj 1919, där Eddington och en vetenskaplig expedition reste till ön Principe utanför kusten i Västafrika för att ta bilder av stjärnorna som nu var synliga i regionen runt solen. Bilderna bekräftade Einsteins förutsägelse genom att visa hur ljus från dessa stjärnor skiftades något som svar på solens gravitationsfält.

Tekniken föresloges ursprungligen av astronomerna Shude Mao och Bohdan Paczynski 1991 som ett sätt att leta efter binära följeslagare till stjärnor. Deras förslag förädlades av Andy Gould och Abraham Loeb 1992 som en metod för att upptäcka exoplaneter. Denna metod är mest effektiv när man letar efter planeter mot galaxens centrum, eftersom den galaktiska utbukten tillhandahåller ett stort antal bakgrundsstjärnor.

Fördelar:

Mikrolensering är den enda kända metoden som kan upptäcka planeter på verkligt stora avstånd från jorden och kan hitta den minsta exoplaneten. Medan Radial Velocity-metoden är effektiv när man letar efter planeter upp till 100 ljusår från jorden och Transit Photometry kan upptäcka planeter hundratals ljusår bort, kan i mikrolinsering hitta planeter som ligger tusentals ljusår bort.

Medan de flesta andra metoder har en detekteringsförspänning mot mindre planeter, är mikrolenseringsmetoden det mest känsliga sättet att upptäcka planeter som ligger runt 1-10 astronomiska enheter (AU) borta från solliknande stjärnor. Mikrolensering är också det enda beprövade sättet att detektera lågmassa-planeter i bredare banor, där både transiteringsmetoden och radiell hastighet är ineffektiva.

Sammantaget gör dessa fördelar mikrolinsering den mest effektiva metoden för att hitta jordliknande planeter runt solliknande stjärnor. Dessutom kan mikrolysundersökningar monteras effektivt med markbaserade anläggningar. Liksom Transit Photometry har Microlensing-metoden fördelar av det faktum att den kan användas för att kartlägga tiotusentals stjärnor samtidigt.

Nackdelar:

Eftersom mikrolenseringshändelser är unika och inte kan repeteras kommer planeter som detekteras med denna metod inte att observeras igen. Dessutom tenderar de planeter som upptäcks att vara väldigt långt, vilket gör uppföljningsundersökningar praktiskt taget omöjliga. Lyckligtvis kräver mikrolensdetekteringar i allmänhet inte uppföljningsundersökningar eftersom de har ett mycket högt signal-brus-förhållande.

Även om bekräftelse inte är nödvändig, har vissa planetära mikrolyseringshändelser bekräftats. Planetens signal för händelse OGLE-2005-BLG-169 bekräftades av observationer av HST och Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Dessutom kan enkätundersökningar endast producera grova uppskattningar av planetens avstånd och lämna betydande marginaler för fel.

Microlensing kan inte heller ge exakta uppskattningar av planetens orbitalegenskaper, eftersom det enda orbitalkarakteristik som direkt kan bestämmas med denna metod är planetens nuvarande halv-huvudaxel. Som sådan kommer planet med en excentrisk bana endast att upptäckas för en liten del av sin bana (när den är långt borta från sin stjärna).

Slutligen är mikrolinsering beroende av sällsynta och slumpmässiga händelser - passagen av en stjärna exakt framför en annan, sett från jorden - vilket gör detekteringar både sällsynta och oförutsägbara.

Exempel på Gravitational Microlensing Surveys:

Undersökningar som bygger på mikrolensmetoden inkluderar Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) vid universitetet i Warszawa. Ledd av Andrzej Udalski, chef för universitetets astronomiska observatorium, använder detta internationella projekt 1,3-meter “Warszawa” -teleskopet i Las Campanas, Chile, för att söka efter mikrolinserande händelser i ett fält av 100 stjärnor runt den galaktiska utbukten.

Det finns också Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) -gruppen, ett samarbete mellan forskare i Nya Zeeland och Japan. Ledd av professor Yasushi Muraki från Nagoya University, använder denna grupp Microlensing Method för att utföra undersökningar för mörk materia, extra-solplaneter och stellar atmosfärer från södra halvklotet.

Och sedan finns det Probing Lensing Anomalies NETwork (PLANET), som består av fem 1-meter teleskop fördelade runt södra halvklotet. I samarbete med RoboNet kan detta projekt tillhandahålla nästan kontinuerliga observationer för mikrolenseringshändelser orsakade av planeter med massor som är så låga som jordens.

Den hittills mest känsliga undersökningen är Korean Microlensing Telescope Network (KMTNet), ett projekt som initierades av Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) 2009. KMTNet förlitar sig på instrumenten vid tre södra observatorier för att ge 24-timmars kontinuerlig övervakning av den galaktiska utbuktningen och söker efter mikrolyseringshändelser som kommer att peka vägen mot jordmassaplaneter som kretsar med sina stjärnor bebörliga zoner.

Vi har skrivit många intressanta artiklar om exoplanetdetektion här på Space Magazine. Här är Vad är extra solplaneter ?, Vad är transitmetoden ?, Vad är radialhastighetsmetoden ?, Vad är gravitationslinsing? och Keplers universum: Fler planeter i vår galax än stjärnor

För mer information, se till att besöka NASA: s sida om Exoplanet Exploration, Planet Society's sida om Extrasolar Planet och NASA / Caltech Exoplanet Archive.

Astronomy Cast har också relevanta avsnitt om ämnet. Här är avsnitt 208: Spitzer Space Telescope, avsnitt 337: Photometry, avsnitt 364: The CoRoT Mission och avsnitt 367: Spitzer Does Exoplanets.

källor: