Galaksija

Mlecni put

Suncev sistem

Planete

Planete

galksija

---

Vansolarne planete (II)

     

mkaja@ptt.yu

METODE ZA OTKRIVANJE VANSOLARNIH PLANETA

Ako bismo hteli da vansolarne planete posmatramo direktno kroz teleskop, onda bi nam trebao refraktor precnika 100 metara. Umesto da se pravi toliki teleskop, u poslednjih nekoliko godina razvile su se neke tehnike za indirektno otkrivanje vansolarnih planeta...

Astrometrijom se posmatra kretanje zvezde po nebeskoj sferi, u odnosu na izabrane referentne tacke, odnosno neke druge zvezde. Ako neko telo, dovoljno masivno, revoluira oko izvesne zvezde onda ce ono svojom gravitacijom uticati na zvezdino kretanje i ona se nece kretati pravom linijom, vec ce praviti nekakve “zaokrete”, odnosno perturbacije. Centar mase sistema (bariocentar – krstic na crtezu) ce biti van centra zvezde tako da ce i ona sama imati nekakvo kretanje.

slika 1. Okretanje planete i zvezde oko bariocentra

Izvodjenje ove metode je poprilicno tesko, jer je to kao da se posmatra novcic na udaljenosti od 2000 km. No, sto je zvezda bliza Zemlji “novcic” je sve veci. Postoji svega nekoliko zvezda na koje se moze primeniti ova metoda, sto govori o tome da su sanse da se ovom metodom otkriju nove planete krajnje male.

Od svih metoda najvise se koristi radijalna brzina, odnosno metoda koja ukljucuje Doplerov pomak. Periodicno kretanje zvezde koje u odnosu na nas izgleda napred-nazad, izazvace plavi pomak (blushift) kad se planeta krece ka nama i crveni pomak (redshift) kad nam se udaljava.

slika 2. Plavi i crveni pomak.

Ti pomaci se manifestuju kao pomeraji zvezdinog spektra i detektuju se osetljivim spektrografima (instrumenti koji sluze za “razbijanje” svetlosti u tzv. dugu, odnosno spektar).

slika 3. Crveni i plavi pomak svetlosnog spektra.

Male promene u talasnoj duzini daju podatak o radijalnoj brzini te zvezde. Perturbacije Doplerove brzine su male i tesko ih je detektovati. Stoga, treba napomenuti da su planete koje se otkrivaju ovom metodom jako masivne i orbitiraju blizu zvezde, jer se manje i ne mogu detektovati ovim putem (manje planete ne bi vidljivo uticale na pomeranje same zvezde). Popularno ih nazivaju “vreli Jupiteri” s obzirom da su gigantske gasovite planete koje revoluiraju jako blizu svog domacina.

Problem koji ostaje kod svih ovih metoda jeste to da posmatrac sa Zemlje ne moze da pretpostavi pod kojim uglom u odnosu na Suncev sistem lezi posmtrani planetarni sistem (inklinacija), tako da ne moze u potpunosti odrediti masu planeta, vec samo proceniti minimalnu vrednost. To je tzv. “sin i” (sinus inklinacija).

Metoda direct imaging se zasniva na cinjenici da planete reflektuju zvezdinu svetlost. Ovom metodom se mogu otkriti ekstremno velike planete, mada i tu postoji problem s obzirom da je zvezda mnogo svetlija i moze zamutiti svetlost koju reflektuje planeta.

Fotometrijska metoda se zasniva na posmatranju promene sjaja zvezde koji se menja kada planeta prolazi preko njenog diska (okultacija). Ova metoda se moze izvesti jedino kad se priblizno poklapaju ravan posmatraca na Zemlji i ravan u kojoj lezi posmatrani planetarni sistem. Tada ce se svaki put, kad se planeta nadje izmedju posmatrane zvezde i nas, zvezdin sjaj smanjiti za odredjeni procenat koji mi sa Zemlje fotometrijskim putem mozemo izmeriti.

slika 4. Promena krive sjaja zvezde prilikom prolaska planete preko njenog diska.

Pre svega treba utvrditi da li je opadanje sjaja periodicno i za stalni procenat, sto se utvrdjuje kontinuiranim posmatranjima od po nekoliko nedelja do nekoliko meseci. Taj procenat opadanja sjaja zvezde se krece u opsegu og 0.01% i 1% u zavisnosti od velicine planete, duzine prelaska planete preko diska, kao i od udaljenosti planete od zvezde i mase same zvezde. S obzirom da se masa i velicina zvezde mogu odrediti spektroskopijom, onda se mogu odrediti i velicina i udaljenost planete od zvezde.

Kontinuiranim posmatranjima (svaki put kad planeta prelazi zvezdin disk) mogu se obavljati i druga posmatranja. Na primer, “domacin” moze biti ne samo jedna zvezda vec dvojni sistem, pa ce planeta orbitirati oko obe zvezde, zatim spektroskopskom analizom moguce je prouciti planetinu atmosferu…

Moguce je otkriti planetarne sisteme i efektom gravitacionog sociva, tj. microlensing-om. Svetlost sa nekog udaljenog objekta se iskrivljuje pod uticajem gravitacije nekog blizeg objekta i takva stize do posmatraca.

slika 5. Skica efekta gravitacionog sociva

Posto u microlensing-u glavnu ulogu igra gravitaciona sila, onda ne samo da velika tela poput zvezda uticu na iskrivljenje svetlosti, vec i mala tela (u poredjenju sa zvezdama) kao sto su planete. Uticaj planete ce biti mnogo manji, tako da ce izgledati kao nekakva devijacija mnogo veceg microlesing efekta tela oko kojeg ta planeta orbitira. Na laganom porastu i padu sjaja pozadinske zvezde naci ce se i jedan “defekt” (devijacija), koji je izazvan prolaskom planete.

Te devijacije se manifestuju kao izraziti pikovi, uvecanja microlensing efekta i do 100 puta. No, pikovi traju svega nekoliko sati do nekoliko dana, tako da je potrebno stalno biti aktivan u smislu osmatranja “neba”. Oni su najveci za planete koje revoluiraju na udaljenosti od nekoliko AJ od zvezde (AJ - astronomska jedinica: srednja udaljenost Zemlje od Sunca). Efekti su veci za vece planete. Isto tako, sto je planeta manja, manje su sanse da se uopste uoci zeljeni “defekt” u promeni sjaja.

slika 6. Uvecanje zvezde koja nema pratioca i uvecanje zvezde oko koje se krece planeta.

Astronomi procenjuju da je potrebno da se istovremeno sa velikom preciznoscu posmatra nekoliko desetina microlensing dogadjaja da bi se negde uocla devijacija planete velicine Jupitera, dok je za detektovanje planete velicine Zemlje potrebno pracenje nekoliko stotina microlensing dogadjaja, sto ce se mozda ostvariti u narednih nekoliko godina.

S obzirom da nije ni malo lako uociti ovakvu devijaciju treba dobro obratiti paznju na neke okolne uslove koji mogu pokvariti citav rezutat posmatranja. Pre svega, to je rasejanje svetlosti u turbulentnoj atmosferi, zracak mesecine, blizina drugih zvezda, pogotovo Mlecnog puta i sl. Medjutim, postoji nacin kojim se deo ovih nezeljenih uticaja otstranjuje.

U periodu od pet godina prouceno je 43 microlensing dogadjaja i nije uocena nijedna devijacija svetlosti pozadinske zvezde.

Teoretski microlensing-om je moguce detektovati jos neformirane planete (“rogue planets”), kao i braon patuljke.

Indirektim putem je takodje zakljuceno da i oko nekih pulsara revoluiraju planete (pulsar timing).

[novembar 2001]

vrh