Πώς ανακαλύπτουν οι αστρονόμοι τους εξωπλανήτες; ΙΙ

Τα άστρα είναι απίστευτα φωτεινά σε αντίθεση με τον οποιοδήποτε πλανήτη που μπορεί να περιφέρεται γύρω από αυτό. Έτσι, η ανακάλυψη των εξωπλανητών – δηλαδή των πλανητών που περιφέρονται γύρω από απόμακρους σε σχέση με εμάς ήλιους – δεν είναι καθόλου εύκολη υπόθεση. Ας δούμε πώς γίνεται:
Ήδη στο προηγούμενο μέρος 1, παρουσιάστηκε η μέθοδος διάβασης. Διαβάστε το Μέρος 1.

Ορισμένοι πλανήτες βρέθηκαν μέσω της μεθόδου ταλάντωσης

Η δεύτερη διαδρομή που χρησιμοποιείται περισσότερο, για τον εντοπισμό εξωπλανητών, είναι μέσω της φασματοσκοπίας Doppler, που ορισμένες φορές ονομάζεται μέθοδος της ακτινικής ταχύτητας [egno: ενός αντικειμένου, σε σχέση με ένα δεδομένο σημείο, μετράει τη μεταβολή της απόστασης του αντικειμένου από το σημείο σε μια μονάδα χρονικής διάρκειας] και κοινώς είναι γνωστή μέθοδος ταλάντωσης. Από τον Απρίλιο του 2016, 582 εξωπλανήτες (περίπου το 29,6% του ολικού αριθμού των μέχρι τώρα γνωστών) ανακαλύφθηκαν με τη χρήση αυτής της μεθόδου.
Σε όλα τα βαρυτικώς αλληλεπιδρώντα συστήματα, των άστρων συμπεριλαμβανομένων, τα αντικείμενα σε τροχιά – σε αυτή την περίπτωση ένα άστρο και ο εξωπλανήτης του – κινούνται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας. Όταν η μάζα ενός εξωπλανήτη είναι σημαντική σε σύγκριση με τη μάζα του άστρου του, υπάρχει η δυνατότητα να αντιληφθούμε μια ταλάντωση ως προς αυτό το κέντρο μάζας, που γίνεται ανιχνεύσιμη μέσω της αλλαγής στις συχνότητες του φωτός του άστρου. Αυτή η αλλαγή είναι στην ουσία μια μετατόπιση Doppler [το φαινόμενο της αλλαγής στη συχνότητα ή στο μήκος κύματος ενός κύματος – άλλου περιοδικού γεγονότος – η οποία γίνεται αντιληπτή από έναν παρατηρητή που κινείται σε σχέση με την πηγή του κύματος]. Είναι το ίδιο είδος φαινομένου με αυτό του ακούσματος, από ένα παρατηρητή, του θορύβου της μηχανής ενός αυτοκινήτου που πλησιάζει και απομακρύνεται από αυτόν.

Παρομοίως, όταν παρατηρούνται από τη Γη, οι ελαφρές κινήσεις ενός άστρου και του πλανήτη (ή των πλανητών) του, γύρω από ένα κοινό κέντρο βαρύτητας, επηρεάζουν το κανονικό φάσμα φωτός του άστρου. Όταν το άστρο κινείται προς τον παρατηρητή, τότε το φάσμα εμφανίζεται να μετατοπίζεται ελαφρά προς το μπλε (κυανό), ενώ όταν κινείται απομακρυνόμενο από τον παρατηρητή, μετατοπίζεται προς το κόκκινο (ερυθρό). Η διαφορά δεν είναι πολύ μεγάλη, αλλά οι σύγχρονες συσκευές είναι αρκετά ευαίσθητες για να τη μετρήσουν.

Έτσι, όταν οι αστρονόμοι μετρούν κυκλικές αλλαγές στο φάσμα φωτός ενός άστρου, μπορεί να υποψιαστούν ότι ένα μεγάλο σώμα – ένας μεγάλος εξωπλανήτης – περιφέρεται γύρω του. Μετά, άλλοι αστρονόμοι μπορούν να επιβεβαιώσουν την παρουσία του εξωπλανήτη. Η μέθοδος της ταλάντωσης είναι χρήσιμη μόνο για την ανακάλυψη πολύ μεγάλων εξωπλανητών. Πλανήτες στο μέγεθος της Γης δεν θα μπορούσαν να ανιχνευτούν με αυτό τον τρόπο, επειδή η ταλάντωση που προκαλείται από αντικείμενα όμοια με τη Γη είναι πολύ μικρή για να μετρηθεί από τις υπάρχουσες συσκευές. Ας σημειωθεί ότι και με τη μέθοδο αυτή – όπως και με την μέθοδο διάβασης – δεν μπορούμε να δούμε πραγματικά τον εξωπλανήτη. Η παρουσία του συνεπάγεται.

Μερικοί πλανήτες εντοπίζονται με άμεση απεικόνιση

Η άμεση απεικόνιση είναι η ορολογία για τη λήψη μιας εικόνας του εξωπλανήτη. Είναι η τρίτη περισσότερο δημοφιλής μέθοδος ανακάλυψης εξωπλανητών. Η άμεση απεικόνιση είναι πολύ δύσκολη και οριακή μέθοδος για την ανακάλυψη εξωπλανητών. Πριν από όλα, το αστρικό σύστημα θα πρέπει να είναι σχετικά κοντά στη Γη. Μετά, ο εξωπλανήτες σε αυτό το σύστημα πρέπει να είναι αρκετά μακριά από το άστρο, έτσι που οι αστρονόμοι να μπορούν να τους διακρίνουν από τη λάμψη του άστρου. Επίσης, οι επιστήμονες πρέπει να χρησιμοποιούν ένα ειδικό όργανο που ονομάζεται κορονογράφος για να μπλοκάρουν το φως από το άστρο, αποκαλύπτοντας το αδύναμο φως από όποιο πλανήτη ή πλανήτες μπορεί να περιφέρονται γύρω του.
Όπως υποστηρίζεται από επιστήμονες που εργάζονται με αυτή τη μέθοδο, ο αριθμός των εξωπλανητών που βρέθηκαν με αυτή τη μέθοδο της άμεσης απεικόνισης ποικίλει ανάλογα με τον ορισμό του πλανήτη που δίδεται από κάποιον. Όμως, με αυτό τον τρόπο έχουν ανακαλυφθεί από 10 έως 30 εξωπλανήτες. Πάντως από τη λίστα 22 απευθείας φωτογραφημένων εξωπλανητών, δεν ανακαλύφθηκαν όλοι με τον τρόπο αυτό, αλλά με άλλους τρόπους στους οποίους απαιτήθηκε βασανιστικά σκληρή εργασία των επιστημόνων για να μπορέσουν να πάρουν μια εικόνα.

Ορισμένοι εξωπλανήτες βρέθηκαν μέσω της μικροεστίασης

Για μικρότερα σκοτεινά αντικείμενα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μια τεχνική που βασίζεται σε μια εντυπωσιακή συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας του Einstein: Τα αντικείμενα στο διάστημα καμπυλώνουν τον χωρόχρονο, πράγμα που έχει ως αποτέλεσμα να κάμπτεται το φως που ταξιδεύει κοντά τους. Αυτό κατά κάποιο τρόπο είναι ένα ανάλογο της οπτικής διάθλασης. Εάν βάλετε ένα μολύβι σε ένα ποτήρι με νερό, το μολύβι φαίνεται σπασμένο επειδή το φως διαθλάται από το νερό. Αν και δεν αποδείχθηκε παρά δεκαετίες αργότερα, όταν ένας φημισμένος αστρονόμος, ο Fritz Zwicky, υπέθεσε το 1937 ότι η βαρύτητα των σμηνών γαλαξιών θα τους επέτρεπε να δράσουν ως βαρυτικοί φακοί. Όμως, αντίθετα με τα σμήνη γαλαξιών, ή ακόμη και ενός μόνο γαλαξία, τα άστρα και οι πλανήτες τους δεν έχουν πολύ μεγάλη μάζα. Δεν κάμπτουν το φως πάρα πολύ. Για αυτό και η μέθοδος αυτή ονομάζεται μικροεστίαση.

Η διαδικασία μικροεστίασης σε στάδια, από δεξιά προς αριστερά: Το άστρο εστίασης (το λευκό) κινείται μπροστά από το άστρο πηγή (κίτρινο) μεγεθύνοντας την εικόνα του και δημιουργώντας την μικροεστίαση. Στην τέταρτη από δεξιά εικόνα, ο πλανήτης προσθέτει το δικό του φαινόμενο μικροεστίασης, δημιουργώντας τις δυο χαρακτηριστικές αιχμές στην καμπύλη φωτός. (Η εικόνα από The Planetary Society, μέσω του EarthSky)
Για να χρησιμοποιηθεί η μικροεστίαση για την ανακάλυψη ενός εξωπλανήτη, πρέπει ένα άστρο να περνάει μπροστά από ένα άλλο περισσότερο απομακρυσμένο άστρο, όπως φαίνεται από τη Γη. Οι επιστήμονες μπορούν τότε να μετρήσουν το φως από την απομακρυσμένη πηγή που κάμπτεται από το σύστημα από όπου περνάει. Μπορούν έτσι να κάνουν τη διαφοροποίηση μεταξύ του ενδιάμεσου άστρου και των εξωπλανητών του. Η μέθοδος αυτή λειτουργεί ακόμη και αν οι εξωπλανήτες είναι πολύ μακριά από το άστρο τους, ένα πλεονέκτημα απέναντι στις μεθόδους διάβασης και ταλάντωσης. Όμως, όπως μπορείτε να φανταστείτε είναι μια δύσκολη μέθοδος για να εφαρμοστεί. Μπορείτε να δείτε μια λίστα 19 πλανητών που ανακαλύφθηκαν με μικροεστίαση.

Εξωπλανήτες που ανακαλύφθηκαν κάθε έτος. Σημειώστε την κυριαρχία δύο μεθόδων: της διάβασης και της ταλάντωσης-ακτινικής ταχύτητας (Εικόνα από NASA’s Exoplanet Archive μέσω EarthSky)

Πηγή: EarthSky  egno.gr