|
Обнаружение экзопланет - одно, а визуализация - совсем другое
|
|
|
|
Обнаружение экзопланет - это одно, но их визуализация - совсем другое. Астрономы могут обнаружить их по тому, как они блокируют свет своей звезды, и по тому, как они заставляют звезды колебаться, и на основании этого они могут многое сделать. Но это не то же самое, что видеть их.
|
|
|
|
Поиск экзопланет, в том числе с помощью транзитного метода и метода определения лучевой скорости, сопряжен с погрешностями наблюдений, и ученые это знают. Все методы имеют свои ограничения. Золотым стандартом для обнаружения экзопланет, вероятно, является прямая визуализация, которая гораздо менее подвержена искажениям.
|
|
|
|
При разработке JWST были заданы четыре научные темы. Одна из них - Рождение звезд и протопланетных систем. "JWST обладает уникальными возможностями для решения этих загадок, учитывая сочетание его режимов наблюдения с высоким разрешением, возможностей визуализации, спектроскопии и коронографии, а также превосходной чувствительности в ближнем и среднем ИК-диапазоне", - говорится в сообщении Научного института космического телескопа.
|
|
|
|
Мощный телескоп во многом справился с поставленной задачей. Он использовал свои камеры NIRCam и MIRI для получения прямых изображений молодых экзопланет с массой ниже массы Юпитера и зрелых газовых гигантов. Но эти режимы не смогли обнаружить такие планеты, как Юпитер и Сатурн в нашей Солнечной системе, которые холоднее и находятся дальше от своих звезд.
|
|
|
|
|
|
|
Новое исследование говорит о том, что, возможно, существует способ, с помощью которого JWST может обнаруживать планеты, подобные нашим газовым гигантам.
|
|
|
|
Исследование под названием "NIRCam кричит на облака: снимки JWST MIRI могут напрямую обнаруживать экзопланеты с такой же температурой, массой, возрастом и орбитальным разделением, как у Сатурна и Юпитера" опубликовано в Astrophysical Journal Letters. Ведущим автором является Рэйчел Боуэнс-Рубин. Боуэнс-Рубин - аспирант кафедры астрономии Мичиганского университета.
|
|
|
|
"Коронография NIRCam и MIRI успешно продемонстрировала способность напрямую получать изображения молодых экзопланет суб-юпитерианской массы и зрелых газовых гигантов", - пишут авторы. "Однако эти режимы с трудом достигают чувствительности, необходимой для определения популяции холодных планет-гигантов, которые похожи на планеты-гиганты нашей собственной Солнечной системы (Teff = 60-125 К, a = 5-30 а.е.)".
|
|
|
|
Авторы пишут, что это первый случай, когда они исследуют возможность использования высококонтрастной MIRI-томографии JWST без коронографии для получения изображений экзопланет. Это основано на общей программе JWST по наблюдению за крутыми ребятами в блоке.
|
|
|
|
Эта программа фокусируется на экзопланетах газовых и ледяных гигантов, вращающихся вокруг звезд малой массы (0,08-0,45 массы Солнца). Это красные карлики (M-карлики), находящиеся на расстоянии 6 парсеков (19,5 световых лет).
|
|
|
|
Авторы пишут: "мы демонстрируем, что с помощью технологии MIRI с разрешением 21 мкм можно обнаружить планеты с такой же температурой, массой, возрастом и расстоянием между орбитами, как у Сатурна и Юпитера".
|
|
|
|
Ученым, изучающим экзопланеты, нужен метод поиска этих планет, потому что они недостаточно представлены в известной популяции экзопланет. Наша солнечная система может показаться странной, но есть намеки на то, что холодные гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, существуют и в других системах.
|
|
|
|
Исследование, проведенное в 2021 году на основе микролинзирования, показало, что в каждой солнечной системе может быть в среднем 1,5 планеты-гиганта с малой массой. Исследования лучевых скоростей также показали, что планеты-гиганты, менее массивные, чем Юпитер, встречаются чаще, чем планеты-гиганты, более массивные, чем Юпитер. Они могут быть сгруппированы вблизи водной снеговой линии.
|
|
|
|
"Если эти тенденции сохранятся, холодные гигантские экзопланеты с низкой массой могут стать одними из наиболее распространенных типов экзопланет в галактике", - пишут авторы.
|
|
|
|
Исследователи сосредоточились на трех системах из программы наблюдения Cool Kids on the Block от JWST: Wolf 359, EV Lac и AD Leo, хотя NIRCam coronagraphy не смогла завершить свои наблюдения за AD Leo. Прибор JWST в среднем инфракрасном диапазоне имеет четыре режима наблюдения, и исследователи использовали в своей работе режим широкополосной визуализации F2100W.
|
|
|
|
"Режим съемки MIRI F2100W был выбран для того, чтобы использовать преимущества чувствительности JWST на длинах волн, при которых холодные планеты (80-200 К), как ожидается, будут наиболее яркими, а облака не будут подавлять излучение", - объясняют исследователи в своем письме.
|
|
|
|
Исследователи также исследовали, как облачная атмосфера экзопланет может повлиять на обнаружение планет-гигантов, поскольку облака могут блокировать инфракрасный свет. Они создали сетку моделей как с облачной, так и с безоблачной атмосферой. "Мы обнаружили, что измеренные спектры Юпитера и Сатурна лучше всего воспроизводятся с помощью комбинации моделей ясной и облачной атмосферы", - объясняют они.
|
|
|
|
Визуализация MIRI превзошла коронографию NIRCam для систем, работающих на расстоянии около 20 парсек (65 световых лет). Этот прорыв показывает, что стандартный режим визуализации MIRI с разрешением 21 мкм позволяет лучше, чем коронография, обнаруживать холодные гиганты. Более длинные волны MIRI создают более высокую контрастность между планетой и звездой, чем в инфракрасном спектре.
|
|
|
|
Эта работа показывает, что JWST способен отображать аналоги Юпитера и Сатурна. Это также показывает, что будущие наблюдения JWST в сочетании с текущими усилиями по совершенствованию методов сокращения объема данных могут повысить чувствительность изображений MIRI.
|
|
|
|
"Этот прорыв открывает путь к первому прямому определению характеристик холодных гигантских экзопланет, которые аналогичны планетам-гигантам Солнечной системы", - пишут исследователи. Они продемонстрировали, что JWST может напрямую отображать такие планеты, как Юпитер и Сатурн, которые, вероятно, недостаточно представлены в нашем понимании популяции экзопланет.
|
|
|
|
По сравнению с другими солнечными системами и архитектурой экзопланет, которые мы наблюдали, наша солнечная система может показаться странной. Но если с помощью прямой визуализации MIRI удастся обнаружить больше экзо-Юпитеров и экзо-сатурновых звезд, наша система будет казаться более "нормальной".
|
|
|
|
"Стратегии, изложенные в этой работе, указывают путь к обнаружению потенциально значительной популяции холодных гигантских экзопланет с низкой массой, а будущие прямые снимки этих планет позволят поместить нашу собственную солнечную систему в более широкий контекст планетных систем по всей галактике", - заключают исследователи.
|
|
|
|
Источник
|
