Spektro-polarimetrický výzkum exoplanety s vysokým kontrastem- Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research
Spektro-polarimetrický vysoce kontrastní Exoplanet REsearch ( VLT-SPHERE ) je systém adaptivní optiky a koronografické zařízení na VLT ( Very Large Telescope ). Poskytuje přímé zobrazování i spektroskopickou a polarimetrickou charakterizaci exoplanetových systémů. Přístroj pracuje ve viditelném a blízkém infračerveném spektru a dosahuje, i když v omezeném zorném poli, vynikající kvality obrazu a kontrastu u jasných cílů.
Výsledky z programu SPHERE doplňují výsledky z jiných projektů pro hledání planet, mezi které patří HARPS , CoRoT a Keplerova mise . Přístroj byl nainstalován na Unit Telescope „Melipal“ (UT3) a prvního světla dosáhl v červnu 2014. V době instalace to byl nejnovější ze série nástrojů druhé generace VLT jako X-shooter , KMOS a MUSE .
Vědecké cíle
Přímé zobrazování exoplanet je extrémně náročné:
- Kontrast jasu mezi planetou a její hostitelskou hvězdou se obvykle pohybuje v rozmezí od 10 −6 pro horké mladé obří planety vyzařující značné množství blízkého infračerveného světla do 10–9 pro skalnaté planety pozorované výhradně prostřednictvím odraženého světla.
- Úhlové oddělení mezi planetou a její hostitelskou hvězdou je velmi malé. Pro planetu ∼10 AU od jejího hostitele a vzdálené desítky parsek by bylo oddělení jen několik desetin oblouku.
SPHERE je představitelem druhé generace nástrojů zaměřených na přímé vysoce kontrastní zobrazování exoplanet. Ty kombinují pokročilou adaptivní optiku s vysoce účinnými koronografy pro tlumení oslnění hostitelskou hvězdou. Kromě toho společnost SPHERE využívá diferenciální zobrazování k využití rozdílů mezi planetárním a hvězdným světlem, pokud jde o jeho barvu nebo polarizaci. Mezi další vysoce kontrastní zobrazovací systémy, které jsou v provozu, patří Projekt 1640 na observatoři Palomar a Gemini Planet Imager na Gemini South Telescope . Velký binokulární dalekohled , který je vybaven méně pokročilou adaptivní optiky systém úspěšně zobrazen řadu extrasolárních planet.
SPHERE je zaměřena na přímou detekci planet Jupiter a větších planet oddělených od jejich hostitelských hvězd o 1 až 100 AU. Detekce a charakterizace velkého počtu těchto planet by měla nabídnout vhled do planetární migrace , hypotetického procesu, kdy horké Jupitery , které teorie naznačuje, nemohly vzniknout tak blízko jejich hostitelských hvězd, jak se nacházejí, migrovat dovnitř z místa, kde byly vytvořeny v protoplanetárních disk . Rovněž se předpokládá, že masivní vzdálené planety by měly být početné; výsledky z SPHERE by měly objasnit, do jaké míry současná pozorovaná převaha těsně obíhajících horkých Jupiterů představuje pozorovací zaujatost. Pozorování SPHERE se zaměří na následující typy cílů:
- blízké mladé hvězdné asociace, které mohou také nabídnout příležitosti k detekci planet s nízkou hmotností;
- hvězdy se známými planetami, zejména hvězdy s dlouhodobými zbytky, které se objevují v regresní analýze jejich křivek radiální rychlosti, které by mohly naznačovat přítomnost vzdálenějších společníků;
- nejbližší hvězdy, které by umožnily detekovat cíle s nejmenšími oběžnými dráhami, včetně těch, které září pouze odraženým světlem;
- hvězdy s věkem v rozmezí 100 Myr až 1 Gyr. V těchto mladých systémech budou i menší planety stále horké a vydávající infračervené paprsky, což umožní nižší detekovatelné hmotnosti.
- Vysoce kontrastní schopnosti společnosti SPHERE by jí také měly umožnit využití při studiu protoplanetárních disků, hnědých trpaslíků , vyvinutých hmotných hvězd a v menší míře i při vyšetřování sluneční soustavy a extragalaktických cílů.
Výsledky z SPHERE doplňují ty z detekčních projektů, které používají jiné detekční metody, jako jsou měření radiální rychlosti a fotometrické tranzity. Mezi tyto projekty patří HARPS , CoRoT a Keplerova mise .
Popis nástroje
SPHERE je nainstalován na dalekohledu ESO VLT Unit Telescope 3 na zaostření Nasmyth. Obsahuje následující subsystémy:
- Společná cesta a infrastruktura (CPI) je hlavní optická lavice. Přijímá přímé světlo z dalekohledu a předává stabilizované paprsky korigované aktivní optikou a koronografem filtrované do tří dílčích nástrojů.
- Integrovaný spektrograf (IFS) pokrývá zorné pole 1,73 "x 1,73" a převádí spektrální data do trojrozměrné datové krychle (x, y, λ).
- Infračervené Duální Imager a spektrograf ( IRDIS ) má zorné pole 11" x 12,5" s pixel měřítku 12,25 mas (milliarcsecond). IRDIS může poskytovat klasické zobrazování. Alternativně může být nakonfigurován tak, aby poskytoval simultánní dvoupásmové zobrazování pomocí dvou různých úzkopásmových filtrů zaměřujících se na různé spektrální vlastnosti, nebo může být konfigurován tak, aby poskytoval simultánní zobrazování ze dvou zkřížených polarizátorů. Při provozu v režimu dlouhé štěrbinové spektroskopie (LSS) nahrazuje koronografickou masku koronografická štěrbina.
- Curych Imaging Polarimetr (ZIMPOL) je vysoce kontrastní zobrazovací polarimetru provozní na vizuální a infračervené vlnové délky, které jsou schopné dosáhnout <rozlišení 30 mas. Je také schopen difrakčně omezeného klasického zobrazování.
Výsledky vědy
.jpg)
Počáteční výsledky potvrdily sílu nástroje SPHERE a také prezentují výsledky, které zpochybňují stávající teorii.
- Společnost SPHERE oznámila svou první planetu HD 131399Ab v roce 2016, ale další studie ukázala, že se ve skutečnosti jedná o hvězdu pozadí. V červenci 2017 konsorcium SPHERE oznámilo detekci planety HIP 65426 b kolem HIP 65426. Zdá se, že planeta má velmi prašnou atmosféru naplněnou hustým mrakem a obíhá kolem horké mladé hvězdy, která se otáčí překvapivě rychle .
- SPHERE byla použita k hledání hnědého trpaslíka, který by měl obíhat zatmění binárního V471 Tauri . Pečlivá měření načasování zatmění ukázala, že nejsou pravidelná, ale tyto nepravidelnosti lze vysvětlit za předpokladu, že na oběžných drahách hvězd narušuje hnědý trpaslík. Překvapivě, přestože hypotetický hnědý trpaslík měl být snadno vyřešitelný pomocí SPHERE, žádný takový společník nebyl zobrazen. Zdá se, že konvenční vysvětlení zvláštního chování V471 Tauri je špatné. Bylo navrženo několik alternativní vysvětlení pro orbitální časových variací, včetně, například, je možnost, že účinky by mohly být v důsledku variací magnetického pole v primární člen binárního páru, což vede k pravidelné změny ve tvaru hvězdy přes na Applegate mechanismu .
- Dalším raným výsledkem SPHERE je první snímek spirálovitého protoplanetárního disku v HD 100453. Globální spirálový obrazec je vzácný jev v cirkumstelárních discích, který je pravděpodobně způsoben gravitační přitažlivostí masivního tělesa obíhajícího kolem hvězdy, jako je jiná hvězda nebo obří planeta. Tento disk je první, kdo nechal vyrušit rušivého společníka, a poskytuje test pro teorie generování spirálních ramen. Snímky také odhalují mezeru sahající od okraje koronografické masky přibližně do vzdálenosti oběžné dráhy Uranu v naší vlastní sluneční soustavě.
- Sféra byla použita k zachycení prvního potvrzeného obrazu nově narozené planety v publikaci z června 2018. Mladá planeta PDS 70b byla viděna, jak se tvoří v protoplanetárním disku kolem hvězdy PDS 70 .
- V červenci 2020 společnost SPHERE přímo zobrazila dva plynové obry na oběžné dráze kolem hvězdy TYC 8998-760-1 .
Reference
externí odkazy
Souřadnice : 24,6274 ° S 70,4044 ° W 24 ° 37'39 "S 70 ° 24'16" W /