วิธีแรงโน้มถ่วงของไมโครลิตรคืออะไร?

Send

ยินดีต้อนรับกลับสู่ซีรีส์ของเราเกี่ยวกับวิธีการล่าสัตว์ Exoplanet! วันนี้เรามาดูวิธีการแปลกใหม่และไม่เหมือนใครที่รู้จักกันในนาม Gravitational Microlensing

การตามล่าหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยจักรวาลแน่ใจว่าร้อนขึ้นในทศวรรษที่ผ่านมา ด้วยการปรับปรุงด้านเทคโนโลยีและระเบียบวิธีทำให้จำนวนดาวเคราะห์นอกระบบที่ถูกตรวจพบ (ณ วันที่ 1 ธันวาคม 2017) มีจำนวนถึง 3,710 ดาวเคราะห์ในระบบดาว 2,780 ระบบด้วย 621 ระบบที่มีดาวเคราะห์หลายดวง น่าเสียดายที่นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ถูกบังคับให้ต้องต่อสู้กับข้อ จำกัด ต่าง ๆ ทำให้มีการค้นพบส่วนใหญ่โดยใช้วิธีการทางอ้อม

หนึ่งในวิธีการที่ใช้กันโดยทั่วไปมากขึ้นสำหรับการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบทางอ้อมเรียกว่า Grarolational Microlensing โดยพื้นฐานแล้ววิธีนี้ขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่อยู่ห่างไกลเพื่องอและโฟกัสแสงที่มาจากดาวฤกษ์ เมื่อดาวเคราะห์ผ่านไปด้านหน้าของดาวฤกษ์เมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์ (เช่นทำการผ่านหน้า) แสงจะลดลงอย่างเห็นได้ชัดซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อกำหนดสถานะของดาวเคราะห์ได้

ในแง่นี้ Gravitational Microlensing เป็น Gravitational Lensing รุ่นที่ปรับขนาดลงซึ่งมีการใช้วัตถุแทรกแซง (เช่นกระจุกกาแลคซี) ในการโฟกัสแสงที่มาจากกาแลคซีหรือวัตถุอื่น ๆ นอกจากนี้ยังรวมองค์ประกอบสำคัญของวิธีการขนส่งที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งดาวจะได้รับการตรวจสอบเพื่อลดความสว่างลงเพื่อระบุว่ามีดาวเคราะห์นอกระบบอยู่

รายละเอียด:

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein แรงโน้มถ่วงทำให้โครงสร้างของกาลอวกาศลดลง ผลกระทบนี้อาจทำให้แสงได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุบิดเบี้ยวหรืองอ นอกจากนี้ยังสามารถทำหน้าที่เป็นเลนส์ทำให้แสงมีสมาธิมากขึ้นและทำให้วัตถุที่อยู่ไกล (เช่นดาว) ดูสว่างขึ้นต่อผู้สังเกตการณ์ ผลกระทบนี้เกิดขึ้นเฉพาะเมื่อดาวสองดวงเกือบเรียงตัวกันสัมพัทธ์กับผู้สังเกตการณ์ (เช่นหนึ่งตำแหน่งที่อยู่ด้านหน้าของอีกดวงหนึ่ง)

“ เหตุการณ์การเลนส์” เหล่านี้สั้น แต่มีความอุดมสมบูรณ์เนื่องจากโลกและดวงดาวในกาแลคซีของเราเคลื่อนไหวอยู่เสมอเมื่อเทียบกับกันและกัน ในทศวรรษที่ผ่านมามีการสังเกตเหตุการณ์ดังกล่าวมากกว่าหนึ่งพันเหตุการณ์และมักจะกินเวลาสองสามวันต่อสัปดาห์ อันที่จริงแล้วผลกระทบนี้ถูกใช้โดย Sir Arthur Eddington ในปี 1919 เพื่อแสดงหลักฐานเชิงประจักษ์แรกสำหรับสัมพัทธภาพทั่วไป

สิ่งนี้เกิดขึ้นในช่วงสุริยุปราคาเมื่อวันที่ 29 พฤษภาคม 1919 ที่ Eddington และนักวิทยาศาสตร์เดินทางไปที่เกาะ Principe นอกชายฝั่งแอฟริกาตะวันตกเพื่อถ่ายภาพดวงดาวที่ปรากฏอยู่ในบริเวณรอบดวงอาทิตย์ รูปภาพยืนยันการทำนายของไอน์สไตน์โดยแสดงว่าแสงจากดาวเหล่านี้ถูกเปลี่ยนเล็กน้อยเพื่อตอบสนองต่อสนามแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์

เทคนิคนี้ถูกเสนอขึ้นโดยนักดาราศาสตร์ Shude Mao และ Bohdan Paczynski ในปี 1991 เพื่อหาคู่ที่เป็นดาวคู่ ข้อเสนอของพวกเขาได้รับการปรับปรุงโดย Andy Gould และ Abraham Loeb ในปี 1992 เป็นวิธีการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ วิธีนี้มีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อมองหาดาวเคราะห์ที่มุ่งไปที่ใจกลางกาแลคซีเนื่องจากกระเพื่อมของกาแล็กซี่นั้นให้ดาวพื้นหลังจำนวนมาก

ข้อดี:

Microlensing เป็นวิธีการเดียวที่สามารถค้นพบดาวเคราะห์ในระยะทางไกลจากโลกอย่างแท้จริงและสามารถค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบขนาดเล็กที่สุดได้ ในขณะที่วิธี Radial Velocity นั้นมีประสิทธิภาพเมื่อมองหาดาวเคราะห์ที่มีระยะเวลา 100 ปีแสงจาก Earth และ Transit Photometry สามารถตรวจจับดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างออกไปหลายร้อยปีแสง

ในขณะที่วิธีการอื่นส่วนใหญ่มีการตรวจจับอคติต่อดาวเคราะห์ที่มีขนาดเล็กลง แต่วิธีการไมโครลิตรเป็นวิธีการตรวจจับที่ละเอียดอ่อนที่สุดในการตรวจจับดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างจากดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ 1-10 หน่วย (AU) Microlensing เป็นวิธีการเดียวที่พิสูจน์แล้วว่าสามารถตรวจจับดาวเคราะห์มวลต่ำในวงโคจรที่กว้างขึ้นซึ่งทั้งวิธีการส่งผ่านและความเร็วของรัศมีนั้นไม่ได้ผล

เมื่อนำมารวมกันประโยชน์เหล่านี้ทำให้ microlensing เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการค้นหาดาวเคราะห์คล้ายโลกรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ นอกจากนี้การสำรวจ microlensing สามารถติดตั้งได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้อุปกรณ์ภาคพื้นดิน เช่นเดียวกับ Transit Photometry วิธี Microlensing นั้นได้รับประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่ามันสามารถใช้ในการสำรวจดาวฤกษ์นับหมื่นดวงพร้อมกัน

ข้อเสีย:

เนื่องจากเหตุการณ์ microlensing ไม่เหมือนใครและไม่ต้องทำซ้ำดาวเคราะห์ใด ๆ ที่ตรวจพบโดยใช้วิธีนี้จะไม่สามารถสังเกตเห็นได้อีก นอกจากนี้ดาวเคราะห์ที่ตรวจพบมีแนวโน้มที่จะไกลมากซึ่งทำให้การตรวจสอบติดตามเป็นไปไม่ได้จริง โชคดีที่การตรวจวัดด้วย microlensing โดยทั่วไปไม่ต้องการการสำรวจติดตามเนื่องจากมีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่สูงมาก

ในขณะที่ไม่จำเป็นต้องมีการยืนยันเหตุการณ์ microlensing ดาวเคราะห์บางอย่างได้รับการยืนยันแล้ว สัญญาณดาวเคราะห์สำหรับเหตุการณ์ OGLE-2005-BLG-169 ได้รับการยืนยันโดยการสังเกต HST และ Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015) นอกจากนี้การสำรวจด้วย microlensing สามารถสร้างการประมาณคร่าวๆของระยะทางของดาวเคราะห์ซึ่งจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่สำคัญ

Microlensing ยังไม่สามารถประเมินคุณสมบัติวงโคจรของดาวเคราะห์ได้อย่างแม่นยำเนื่องจากลักษณะการโคจรเพียงอย่างเดียวที่สามารถกำหนดได้โดยตรงด้วยวิธีนี้คือแกนกึ่งกึ่งหลักของดาวเคราะห์ในปัจจุบัน ด้วยเหตุนี้ดาวเคราะห์ที่มีวงโคจรประหลาดจะตรวจพบได้เพียงส่วนหนึ่งของวงโคจรของมัน (เมื่ออยู่ห่างจากดาวฤกษ์)

ในที่สุด microlensing จะขึ้นอยู่กับเหตุการณ์ที่หายากและสุ่ม - เส้นทางของดาวดวงหนึ่งต่อหน้าอีกดวงอย่างแม่นยำซึ่งมองเห็นได้จากโลก - ซึ่งตรวจจับได้ทั้งหายากและคาดเดาไม่ได้

ตัวอย่างของการสำรวจความโน้มถ่วง Microlensing:

การสำรวจที่ใช้วิธี Microlensing นั้นรวมถึงการทดลองใช้เลนส์ความโน้มถ่วงแสง (OGLE) ที่มหาวิทยาลัยวอร์ซอว์ โครงการระหว่างประเทศแห่งนี้นำโดย Andrzej Udalski ผู้อำนวยการหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ของโลกโครงการนี้ใช้กล้องโทรทรรศน์“ วอร์ซอว์” ขนาด 1.3 เมตรที่ Las Campanas ประเทศชิลีเพื่อค้นหาเหตุการณ์ microlensing ในพื้นที่ 100 ดาวรอบ ๆ ทางช้างเผือก

นอกจากนี้ยังมีการสำรวจ Microlensing ในกลุ่ม Astrophysics (MOA) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างนักวิจัยในนิวซีแลนด์และญี่ปุ่น กลุ่มนี้นำโดยศาสตราจารย์ยะซุชิมูรากิแห่งมหาวิทยาลัยนาโกย่าใช้วิธีไมโครไลซิชันในการสำรวจสสารมืดดาวเคราะห์นอกสุริยจักรวาลและชั้นบรรยากาศจากซีกโลกใต้

แล้วก็มีเครือข่ายความผิดปกติของ Probing Lensing Anomalies (PLANET) ซึ่งประกอบไปด้วยกล้องโทรทรรศน์ยาว 1 เมตรจำนวนห้าดวงกระจายอยู่รอบซีกโลกใต้ ในความร่วมมือกับ RoboNet โครงการนี้สามารถให้การสังเกตการณ์อย่างต่อเนื่องใกล้สำหรับเหตุการณ์การปล่อยก๊าซที่เกิดจากดาวเคราะห์ที่มีมวลน้อยที่สุดในโลก

การสำรวจที่ละเอียดอ่อนที่สุดจนถึงปัจจุบันคือเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ไมโครคอยน์ของเกาหลี (KMTNet) ซึ่งเป็นโครงการที่ริเริ่มโดยสถาบันดาราศาสตร์และอวกาศแห่งเกาหลี (KASI) ในปี 2009 KMTNet อาศัยเครื่องมือที่หอสังเกตการณ์ทางใต้สามแห่งเพื่อให้การติดตามอย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง ทางช้างเผือกกาแลคซีค้นหาเหตุการณ์ microlensing ที่จะชี้ทางไปสู่ดาวเคราะห์มวลโลกที่โคจรรอบดาวฤกษ์ที่อยู่อาศัยของพวกมัน

เราได้เขียนบทความที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่นี่ที่ Space Magazine นี่คืออะไรดาวเคราะห์สุริยะพิเศษคืออะไร, อะไรคือวิธีการผ่านทาง?, อะไรคือวิธีการความเร็วเรเดียล?, การ Lensing แรงโน้มถ่วงคืออะไร? และจักรวาลของเคปเลอร์: มีดาวเคราะห์มากกว่าในกาแลคซีของเรามากกว่าดาว

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมอย่าลืมตรวจสอบหน้าของนาซาเกี่ยวกับการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบ, หน้าดาวเคราะห์ของสังคมบนดาวเคราะห์นอกระบบและการเก็บถาวรดาวเคราะห์นอกระบบของนาซา / คาลเทค

นักดาราศาสตร์ยังมีตอนที่เกี่ยวข้องในเรื่อง นี่คือตอนที่ 208: กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ตอนที่ 337: การส่องสว่างตอนที่ 364: ภารกิจ CoRoT และตอนที่ 367: สปิตเซอร์ทำดาวเคราะห์นอกระบบ

แหล่งที่มา: