13.07.2016-11:57:00   |   Marek Jurčík
#Kozmos

Astrometria

Prvé správy o nezvyčajnom pohybe niektorých hviezd pochádzajú už zo začiatku 19. storočia. S pribúdajúcimi rokmi množstvo podobných hlásení rástlo. Objavitelia zvláštnosti odôvodňovali prítomnosťou „neviditeľného spoločníka“, čiže dostatočne hmotnou planétou. Týmto úvahám však chýbali presvedčivé dôkazy. V súčasnosti vieme, že anomálie nespôsobovali planéty, ale zväčša vtedy nepoznaní hnedí trpaslíci alebo iné hviezdne objekty. (Hnedý trpaslík je obzvlášť nevýrazná trieda hviezd. Dosahuje o málo väčšie rozmery ako Jupiter.) Iné zavinili nepresnosti samotných prístrojov.



Zastarané fotografické platne pri výskumoch postupom času vystriedali vyspelejšie digitálne zariadenia. A spolu s nimi prišli aj oveľa presnejšie výsledky. Dnes už vedci pri porovnaní fotografií oblohy z niekoľkých rokov môžu vidieť, že hviezdy s planetárnymi sústavami skutočne nezotrvávajú na mieste. Pod vplyvom gravitácie obežníc sa pomaly hýbu. Celé zoskupenie jednoducho krúži okolo spoločného ťažiska. Efekt sa na oblohe prejaví pravidelnými posunmi hviezdy. U viacplanetárnych sústav sa v dôsledku vzájomného gravitačného ovplyvňovania deformujú aj trajektórie jednotlivých obežníc, čo neraz vedie k objavu ďalších planetárnych spoločníkov obiehajúcich v blízkosti.1

Postup astrometrie je neuveriteľne prácny. Pripomína detskú hru „Nájdi 7 rozdielov“, ktorá by sa ale určite nezmestila na zadnú stránku novín. Astronómovia totižto nepracujú s dvoma obrázkami, ale s obrovskou kopou veľkoplošných snímok. Navyše, zmeny sú priam mikroskopické, pretože hviezda kmitá rýchlosťou zhruba 5 km/hod. Priemerný človek nekráča o nič rýchlejšie.

Vznikajúce odchýlky v pohybe hviezd nedokáže na väčšie vzdialenosti s uspokojivou presnosťou odfotografovať žiaden teleskop umiestnený na Zemi. Pri pozorovaní totiž prekáža atmosféra. Úlohu zatiaľ zvládnu jedine orbitálne ďalekohľady.

Tak či onak, astronómovia touto metódou doposiaľ nenašli žiadnu exoplanétu mimo slnečnej sústavy. Iba potvrdili predošlé nálezy. Technika našla využitie skôr pri výskume telies v relatívnej blízkosti Zeme. Viedla napríklad aj k nálezu planétok Sedna, Quaoar a Eris za obežnou dráhou Neptúna.



Dopplerov jav

Michel Mayor a Didier Queloz zo Ženevskej univerzity predpovedali, že aj nepatrný pohyb hviezd sa musí prejaviť na ich svetelnom spektre, a to periodickými zmenami frekvencie emitovaného žiarenia, dôsledkom čoho vzniká charakteristický červený a modrý posun. Jav sa nazýva Dopplerov efekt.2


-



Vedci neostali len pri teórii. Vďaka analýze svetla narazili v súhvezdí Pegas na plynného obra 51 Pegasi b. Išlo o prvý nález exoplanéty pri hviezde podobnej Slnku.

Meranie svetelných frekvencií je oproti astrometrii oveľa menej náročné na technické vybavenie. Moderné spektrometre zvládajú spoľahlivé detekcie do vzdialenosti 200 svetelných rokov. Pri väčších diaľkach vzniká vplyvom atmosféry zreteľný šum. Presnosť výsledkov taktiež klesá s narastajúcou rýchlosťou rotácie materskej hviezdy. Tie v niektorých prípadoch vytvárajú aj silné magnetické pole, čo taktiež vedie k skresleniu.

Žiarenie pulzarov

Na rozdiel od blízkych hviezd, okolité planéty vplývajú na rovnováhu rýchlo rotujúcich pulzarov len minimálne. Avšak aj malá zmena vedie k merateľným výkyvom v inak pravidelných pulzáciách. Úkaz využili rádioastronómovia Aleksander Wolszczan a Dale A. Fraile, keď v roku 1992 priniesli vôbec prvý jasný dôkaz o existencii exoplanét. Išlo hneď o dvoch plynných obrov pri pulzare PSR B1257+ 12 v súhvezdí Panna.(O udalosti sme písali TU) Daný typ hviezdy ale neposkytuje práve najvhodnejšie podmienky pre tvorbu sústav, preto sú podobné prípady skôr raritou.

Tranzitná fotometria

Najväčšie percento dnes známych exoplanét vypátrala americká sonda Kepler. Pracuje na relatívne jednoduchom princípe. Každých 30 minút odfotografuje oblasť s približne 150 000 hviezdami. Následným porovnávaním jednotlivých záznamov sa snaží odhaliť mierne zoslabnutie jasu u niektorej z nich. Zmeny častokrát nie sú väčšie než jedna desaťtisícina oproti pôvodným hodnotám. Stmavnutia môže svojím obehom „pred“ hviezdou (tranzitom) spôsobovať aj dostatočne veľká planéta. Odchýlky trvajú 2 až 16 hodín a prebiehajú vo veľmi pravidelných intervaloch. V opačnom prípade sústava neobsahuje len jednu obežnicu alebo ide o dvojhviezdny systém.



Táto metóda umožňuje s veľkou presnosťou stanoviť polomer exoplanéty. Za veľmi špecifických podmienok odhaľuje aj spektrum atmosféry, čo poskytuje informácie o jej chemickom zložení.



Na druhej strane, za svetelnými výkyvmi neraz stojí medzihviezdny prach alebo iné prekážky a preto metóda častokrát vyžaduje dodatočné overenie existencie „planetárnych kandidátov“ odlišnou metódou. Navyše, na prevedenie úspešnej detekcie musí rovina obehu exoplanéty ležať presne na úrovni zorného uhla pozorovateľa.

Gravitačná mikrošošovka

Zo všeobecnej teórie relativity vyplýva, že dostatočne hmotné telesá, ako napríklad galaxie, môžu za špecifických podmienok slúžiť ako šošovka. Jav vzniká, keď sa svetlo vzdialeného zdroja ohýba prechodom cez gravitačné pole iných telies. Pri pozorovaní sa potom objavuje viacnásobný obraz toho istého objektu.


-



Postup, ako využiť efekt pri hľadaní exoplanét, navrhol poľský vedec Bohdan Paczynski spolu s asistentom Shudem Maom. Žiarenie vzdialenejšej hviezdy v tomto prípade ohýba nie galaxia, ale ďalšia hviezda. Vplyv jej tiaže nepostačuje na zdvojenie obrazu, dochádza ibak slabému nárastu jasu. Efekt sa prejaví vo väčšej miere, ak sa v okolí nachádza exoplanéta, a to ak obieha v rozmedzí 1 až 10 AU (AU – astronomická jednotka, je násobkom vzdialenosti Zeme od Slnka).

Zachytenie gravitačnej mikrošošovky je možné iba ak sa obe hviezdy, exoplanéta a pozorujúca osoba nachádzajúv jednej rovine. Ide o pomerne nepravdepodobnú udalosť, ktorá sa v konkrétnom prípade nikdy neopakuje. V prípade splnenia požiadaviek však metóda prináša poznatky aj o planetárnych sústavách vzdialených niekoľko tisíc svetelných rokov.

Polarimetria

Svetelné vlny hviezd kmitajú za normálnych okolností v náhodnom smere. V takom prípade hovoríme o nepolarizovanom svetle. Polarizáciu vyvolá jedine blízka obežnica.



Polarizácia nastáva pri interakcii s molekulami plynu v atmosfére. Prebieha v presných intervaloch v závislosti od veľkosti obežnej dráhy planéty. Zhodný efekt nemôže vyvolať iný objekt, a preto astronómovia pozorovaním polarizácie získavajú dôkaz o prítomnosti exoplanéty. Metóda prináša veľmi presné informácie ohmotnosti, orbite a zložení plynného obalu. Na druhej strane, nemá žiaden účinok ak tieto vrstvy chýbajú.

Nakoľko predstavuje technicky obzvlášť náročný spôsob detekcie, do dnešných dní sa s použitím astronomických polarimetrov podarilo objaviť iba jednu planétu, a to HD 189733b zo súhvezdia Líška. V súčasnosti techniku využívajú európske projekty PlanetPol a ZIMPOL/CHEOPS.

Priame zobrazenie

Iba vo výnimočných prípadoch astronómovia vidia exoplanétu takpovediac priamo. Najväčšiu prekážku predstavuje materská hviezda, ktorej jas zatieni takmer všetky objekty okolia.3 Aby ju dnešné teleskopy zaznamenali, exoplanéta musí krúžiť vo vzdialenosti väčšej ako Neptún okolo Slnka. No ak sa nachádza až príliš ďaleko, zanikne v temnote okolitého priestoru.

Vďaka schopnosti vyžarovať vlastné infračervené žiarenie sa najľahšie identifikujú plynní obri. Menšie a menej jasné planéty sa dajú pozorovať jedine pri málo jasných hviezdach (alebo skôr „takmer hviezdach“), hnedých trpaslíkoch.

Detekcia v rámci viditeľného spektra svetla je možná v prípade mladých planetárnych sústav, ktoré obsahujú protoplanetárny disk. Práve tento prípad zachytil Hubbleov teleskop v novembri 2008, keď priniesol fotografiu prvej priamo zobrazenej exoplanéty.4 Tá obehom okolo hviezdy Fomalhaut vytvára ostrý vnútorný okraj v prstenci plynu. Podobné vyobrazenia dovtedy vznikali jedine počítačovou úpravou na základe chemického rozboru vyžarovaného svetelného spektra.

Vzhľadom na mnohé problémy a obmedzenia sa metóda neuplatňuje pri rozsiahlych výskumoch, skôr prináša nové poznatky o objavených sústavách. Apolu s technikou gravitačných mikrošošoviek však ako jediná dovoľuje zaznamenávať tzv. túlavé planéty, obiehajúce nie okolo hviezd, ale priamo okolo galaktického jadra.



-

Poznámky:
1. Presné súradnice obežných dráh umožnil vypočítať Newton vďaka svojim zákonom. Pozorovateľné výkyvy oproti predpokladanému modelu viedli napríklad v roku 1846 k objavu Neptúna a neskôr Pluta. Podobné anomálie vykazuje aj dráha Merkúru. V tomto prípade však ide o prejav Einsteinom predpovedaného zakrivenia časopriestoru v blízkosti Slnka.
2. Svetelné vlny vyžarované vzďaľujúcim sa objektom, v našom prípade hviezdou, majú nižšiu frekvenciu a väčšiu vlnovú dĺžku ako tie, ktoré prichádzajú od približujúceho sa telesa. Svetlo s veľkou vlnovou dĺžkou nadobúda červenú farbu. Naopak, so stúpajúcou frekvenciou prechádza na modré sfarbenie.
3. Ak by mimozemská civilizácia pozorovala slnečnú sústavu zo vzdialenosti 70 svetelných rokov, najvýraznejšiu planétu Jupiter by videli 1 000 000 000 - krát slabšie ako my. Ostatné obežnice by sa úplne stratili v žiare Slnka.
4. Sústava leží v súhvezdí Južné ryby vo vzdialenosti 25 svetelných rokov od Zeme. Exoplanéta dostala pomenovanie Fomalhaut b. Hmotnosťou približne trojnásobne prevyšuje Jupiter a materskú hviezdu obieha po orbite s polomerom 119 AU. V rovnakom čase sa odohral podobný objav pomocou Keckovych teleskopov a observatória Gemini. V infračervenom spektre sa podarilo zachytiť hneď tri obežnice pri mladej hviezde HR 8799 v súhvezdí Pegas. Planéty taktiež prezradili prázdne miesta v mračne materiálu. Išlo o prvý prípad priameho pozorovania multiplanetárneho systému.

Zdroje:
http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/multimedia/images/kepler-transit-graph.html
https://blog.planethunters.org/2012/03/30/direct-imaging-of-planets/
http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/direct-imaging.html?referrer=https://www.google.sk/
https://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_exoplanets
http://www.ing.iac.es/PR/wht_info/whtplanetpol.html
http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/overview/index.html
http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=430847&fileId=S1743921306009252
Zdeněk Pokorný - Exoplanety (Najdemeve vesmíru další Zemi?), Academia (2007)
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok






Za podporu ďakujeme

Pridať e-mail