Hvorfor er astronomer begejstrede for det første direkte opnåede synlige lysspektrum - eller regnbueopstilling med synlige farver - der sprang fra overfladen på en exoplanet?
Kunstnerens koncept om 51 Pegasi b - nogle gange uofficielt navngivet Bellerophon. Billede via Dr. Seth Shostak / SPL.
I et kæmpe skridt fremad med at udforske eksoplaneter meddelte astronomer i Chile den 22. april 2015, at de brugte 51 Pegasi b - a hot Jupiter, beliggende omkring 50 lysår fra Jorden i retning af vores konstellation Pegasus - for at opnå den første nogensinde direkte detektion af et spektrum af synligt lys reflekteret fra en exoplanets overflade. De er glade! Og her er grunden.
Exoplanet 51 Pegasi b vil for evigt blive husket som den første bekræftede exoplanet fundet i kredsløb om en almindelig stjerne som vores sol. Det var i 1995, og nu er mere end 1900 eksoplaneter i 1200 planetariske systemer blevet bekræftet, og der er mistanke om milliarder flere i vores Mælkevej.
Indsamling af lysspektre er et kraftfuldt værktøj for astronomer. Dette værktøj vil efterhånden gøre det muligt for astronomer at vide, hvilke kemiske elementer der findes i atmosfærerne i eksoplaneter som 51 Pegasi b.
Og så dette først direkte detektion af et synligt lysspektrum fra en exoplanet er et vidunderligt trin. Det antyder det mere sådanne detektioner vil følge, ligesom opdagelsen af tusinder flere exoplaneter fulgte opdagelsen af 51 Pegasi b. Det betyder, at vores teknologi er avanceret til det punkt, hvor den direkte detektion af synligt lysspektre fra exoplaneter er blevet mulig. Det er spændende, ikke kun fordi astronomer vil vide, hvad der er derude (spektre kan afsløre nogle fysiske egenskaber ved exoplaneterne), men også fordi vi en dag måske bruger exoplanet-spektre til at opdage de første biosignaturer - livstegn eller i det mindste tegn på, at potentialet for livet eksisterer - fra eksoplanet atmosfærer.
Denne meddelelse kommer forresten i den samme uge, hvor NASA annoncerede et stort nyt initiativ til en samarbejdsindsats for eksoplanets livssøgning. Læs mere om NASAs nye initiativ, kaldet NExSS, her.
Før denne nye direkte detektion af et synligt lysspektrum fra en exoplanet, var astronomer kun i stand til at studere eksoplanet-atmosfærer, hvis eksoplaneten og dens stjerne var indrettet med hensyn til Jorden, så vi kunne registrere eksoplanetets transit foran dens stjerne. Læs mere om disse slags studier fra astronom Sara Seager på MIT.
I øjeblikket er den mest udbredte metode til at undersøge en exoplanets atmosfære at observere værtsstjernens spektrum, når den filtreres gennem planetens atmosfære under en transit af planeten foran sin stjerne. Denne teknik er kendt som transmissionsspektroskopi.
Det fungerer kun, selvfølgelig, når planeten og dens stjerne er på linje med Jorden på en sådan måde, at transitter er mulige. Da observationer af transitter er en af de primære måder, hvorpå eksoplaneter i øjeblikket detekteres, fungerer teknikken med mange af de kendte exoplaneter, men det er en meget begrænsende teknik, der kun fungerer til specifikt justerede exoplanetsystemer.
Den nye teknik anvendt med 51 Pegasi b - som undertiden ikke-officielt kaldes Bellerophon - afhænger ikke af at finde en planetarisk transit. Så teknikken kan potentielt bruges til at studere mange flere af de milliarder af exoplaneter, der antages at eksistere i vores Melkevejs galakse.
Astronomerne, der direkte opnåede et spektrum fra lys, der sprang fra 51 Pegasi b, nævnte ikke biosignaturer i deres udsagn, der blev frigivet 22. april. Disse fremtidige biosignaturundersøgelser diskuteres af astronomer, men er stadig ude i den fjerne horisont.I stedet sagde den portugisiske astronom Jorge Martin, i øjeblikket ph.d.-studerende ved European Southern Observatory (ESO) i Chile, der ledede den nye 51 Pegasi b-forskning:
Denne type detekteringsteknik er af stor videnskabelig betydning, da den giver os mulighed for at måle planetens reelle masse og banehældning, hvilket er vigtigt for at forstå systemet mere fuldstændigt. Det giver os også mulighed for at estimere planetens reflektionsevne eller albedo, som kan bruges til at udlede sammensætningen af både planetens overflade og atmosfære.
Det er de resultater, de faktisk kunne opnå på dette tidspunkt via denne særlige observation. 51 Pegasi b viste sig at have en masse omkring halvdelen af Jupiters og en bane med en hældning på ca. ni grader til retningen mod Jorden. Planeten synes også at være større end Jupiter i diameter og at være meget reflekterende. Dette er typiske egenskaber for en varm Jupiter, der er meget tæt på sin moderstjerne og udsat for intens stjernelys.
Holdet brugte HARPS-instrumentet på ESO 3,6-meter teleskop ved La Silla-observatoriet i Chile til deres observationer af 51 Pegasi b. De sagde, at HARPS var vigtig for deres arbejde, men sagde også, at deres resultater blev opnået ved hjælp af ESO 3,6-meter teleskop, som har "et begrænset anvendelsesområde med denne teknik", er spændende nyheder for astronomer. Eksisterende udstyr som dette vil blive overgået af langt mere avancerede instrumenter på større teleskoper, såsom ESOs Very Large Telescope og det fremtidige europæiske Extremely Large Telescope, sagde de. Astronom Nuno Santos, der er medforfatter til undersøgelsen, sagde:
Vi venter nu spændt på første lys af ESPRESSO-spektrografen på VLT, så vi kan gøre mere detaljerede undersøgelser af dette og andre planetariske systemer.
Bloggen Exoplanetology beskriver, hvordan du kan "exogaze" på 51 Pegasi b. Sej, ja?
Nederste linje: Astronomer har opnået det første direkte synlige lysspektrum fra en exoplanet, 51 Pegasi b, som ligger omkring 50 lysår fra Jorden. De brugte deres observationer til at finde en mere præcis masse (halvdelen af Jupiters) og banehældning (9 grader med hensyn til Jordens retning), og de udtrykte deres begejstring over nogle af de stærke resultater, der helt sikkert kommer senere, når eksoplanetspektre er mere rutinemæssigt opnået og studeret.