WFIRST będzie odkrywał egzoplanety w centrum Drogi Mlecznej. Pomoże mu zniekształcona czasoprzestrzeń

News/Kosmos 02.04.2020
WFIRST będzie odkrywał egzoplanety w centrum Drogi Mlecznej. Pomoże mu zniekształcona czasoprzestrzeń

WFIRST będzie odkrywał egzoplanety w centrum Drogi Mlecznej. Pomoże mu zniekształcona czasoprzestrzeń

Podstawowym zadaniem kosmicznego teleskopu WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) będzie poszukiwanie planet pozasłonecznych znajdujących się w kierunku centrum Drogi Mlecznej, gdzie znajduje się większość gwiazd w naszej galaktyce. Opisując te planety, coraz lepiej będziemy poznawali różnego typu układy planetarne występujące w naszej galaktyce.

Gdy połączymy planety odkryte przez WFIRST z tymi odkrytymi przez teleskopy Kepler oraz TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) zakończy się pierwszy spis planet obejmujący planety o różnych masach, poruszające się po różnych orbitach.

Większość dotychczas odkrytych planet pozasłonecznych odkryto gdy przechodziły one na tle tarczy swoich gwiazd macierzystych zasłaniając część emitowanego przez nie promieniowania. Teleskop WFIRST też będzie w stanie rejestrować takie tranzyty, ale domyślnie będzie wypatrywał dokładnie odwrotnego efektu – niewielkich wzrostów jasności gwiazd spowodowanych przez tzw. mikrosoczewkowanie. Tego typu zjawiska są dużo rzadsze od tranzytów, bowiem bazują na losowym ustawieniu w jednej linii dwóch odległych od siebie gwiazd przemierzających przestrzeń kosmiczną.

Zjawiska mikrosoczewkowania spowodowane przez małe planety są rzadkie i trwają krótko, ale wciąż są silniejsze niż obserwowane za pomocą innych metod – mówi David Bennett zajmujący się mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt. Skoro prawdopodobieństwo zarejestrowania takiego sygnału wynosi jeden na milion, to aby znaleźć mało-masywne planety za pomocą WFIRST musimy obserwować setki milionów gwiazd.

Co więcej, mikrosoczewkowanie jest metodą skuteczniejszą w poszukiwaniu planet znajdujących się w ekosferach gwiazd, czyli w zakresie odległości od gwiazdy, w którym na powierzchni planet skalistych potencjalnie może znajdować się woda w stanie ciekłym.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne

Do zjawiska tego dochodzi gdy światło przechodzi w pobliżu masywnego obiektu. Każdy obiekt posiadający masę zakrzywia otaczającą go czasoprzestrzeń. Światło podróżuje w przestrzeni po linii prostej, ale jeżeli sama przestrzeń jest zakrzywiona – np. w pobliżu gwiazdy – światło przemieszczając się w linii prostej uwzględnia zagięcie czasoprzestrzeni.

Za każdym razem gdy, patrząc z naszego punktu w przestrzeni, dwie gwiazdy przechodzą bardzo blisko siebie, promienie światła z dalszej gwiazdy zakrzywiają się przechodząc przez zakrzywioną czasoprzestrzeń w pobliżu bliższej gwiazdy. Jeżeli gwiazdy przechodzą dosłownie jedna za drugą, bliższa z nich działa niczym naturalna, kosmiczna soczewka, skupiając i zwiększając intensywność promieniowania dalszej gwiazdy.

Potencjalne planety krążące wokół bliższej z obu gwiazd mogą także wpływać na soczewkowane światło, działając jak mniejsze soczewki. Odkształcenia spowodowane przez planety pozwalają astronomom zmierzyć masę tych planet oraz odległość od gwiazdy macierzystej. Właśnie tak WFIRST zamierza odkrywać nowe planety.

Podejmowanie dzisiaj prób opisania populacji planet w Drodze Mlecznej przypomina próby interpretowania na wpół zakrytych obrazów. Aby w pełni zrozumieć układy planetarny, musimy odkryć planety o każdej masie, krążące w każdej odległości od swoich gwiazd. Żaden pojedynczy teleskop na to nie pozwoli, ale gdy połączymy zbiory planet odkrytych za pomocą WFIRST, Kepler i TESS, będziemy mieli pełniejszy obraz – mówi Matthew Penny, adiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie Stanu Luizjana w Baton Rouge.

Spośród dotychczas odkrytych ponad 4000 planet, tylko 86 odkryto za pomocą mikrosoczewkowania. Techniki obecnie stosowane do poszukiwania innych planet pozwalają na odkrywanie planet zupełnie niepodobnych do planet w Układzie Słonecznym. Za pomocą metody tranzytów odkrywa się najwięcej planet o masie mniejszej od masy Neptuna i krążących bliżej swojej gwiazdy niż Merkury. Gdyby zastosować metodę tranzytów na Układzie Słonecznym, najprawdopodobniej nie zauważylibyśmy żadnej z ośmiu planet.

Mikrosoczewkowanie, którego wkrótce będzie poszukiwał WFIRST, pozwoli nam odkryć analogi każdej z planet Układu Słonecznego poza Merkurym, którego ciasna orbita i niska masa stawiają go poza zasięgiem tego teleskopu. WFIRST będzie jednak w stanie znajdować planety o masie zbliżonej do masy Ziemi lub mniejszej, a być może będzie w stanie odkrywać także duże księżyce, takie jak chociażby Ganimedes czy Tytan.

WFIRST będzie odkrywał także planety z innych słabo zbadanych kategorii. Mikrosoczewkowanie dobrze nadaje się do badania planet leżących za ekosferą gwiazdy, takich jak np. Uran i Neptun. Choć w naszym układzie planetarnym znajdują się zaledwie dwa lodowe olbrzymy, to badania wskazują, że mogą być one najpowszechniej występującym typem planet w Drodze Mlecznej.

WFIRST będzie szukał tam gdzie nie szukał jeszcze nikt

Kosmiczny Teleskop Kepler szukał planet na obszarze 100 stopni kw., wokół 100 000 gwiazd w odległości do ok. 1000 lat świetlnych.  TESS przeszukuje całe niebo, śledzi 200 000 gwiazd, ale w odległości do jedynie ok. 100 lat świetlnych. W przeciwieństwie do nich WFIRST będzie analizował tylko 3 st. kw. nieba, ale będzie śledził 200 mln gwiazd w odległości nawet 10 000 lat świetlnych.

Jako teleskop obserwujący zakres podczerwieni, WFIRST będzie zaglądał za obłoki pyłu i gazu, które uniemożliwiały innym teleskopom poszukiwanie planet w zatłoczonym obszarze centralnym Drogi Mlecznej.

Naukowcy szacują, że przegląd zjawisk mikrosoczewkowania pozwoli nam odkryć kolejne tysiące planet pozasłonecznych, ale także setki innych osobliwych i interesujących obiektów kosmicznych: badacze będą w stanie odkrywać obiekty swobodnie przemierzające przestrzeń kosmiczną o masie mieszczącej się w zakresie od masy Marsa do 100 mas Słońca. Na jednym końcu tego zakresu znajdują się planety wyrzucone ze swoich układów planetarnych wskutek interakcji z gazowymi olbrzymami. Kawałek dalej znajdują się brązowe karły, obiekty za duże na planety, ale nie wystarczająco masywne, aby stać się gwiazdami. Obiekty tego typu nie świecą tak jak gwiazdy, ale WFRIST będzie w stanie je dostrzec w podczerwieni, bowiem emitują one resztki ciepła pozostałego z okresu ich powstawania. Na drugim krańcu natomiast znajdują się gwiazdy neutronowe i czarne dziury pozostałe po eksplozjach supernowych.

Brutalna rzeczywistość

Ustawa budżetowa na 2020 r.  zapewnia finansowanie projektu WFIRST do września tego roku. W propozycji budżetu na 2021 r. pojawił się jednak zapis proponujący anulowanie finansowania WFIRST i skupienie się na dokończeniu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, którego start (choć mało prawdopodobny) planowany jest obecnie na marzec 2021 r.

Dołącz do dyskusji