Instrument GRAVITY prezentuje nowe możliwości w obrazowaniu egzoplanet
Dodane przez jacek dnia 28/03/2019 19:13:06
Najnowocześniejszy instrument VLTI pokazał przy pomocy interferometrii optycznej szczegóły zniszczonej przez burze egzoplanety
slowaKluczowe Instrument GRAVITY z interferometru VLTI firmy ESO dokonał pierwszej bezpośredniej obserwacji egzoplanety przy użyciu interferometrii optycznej. Ta metoda ujawniła złożoną atmosferę egzoplanetarną z obłokami żelaza i krzemianów wirującymi w burzy na całej planecie. Technika ta stwarza wyjątkowe możliwości charakteryzowania wielu znanych dziś egzoplanet.
Wrażenie tego artysty pokazuje obserwowaną egzoplanetę o nazwie HR8799e.
GRAVITY instrument breaks new ground in exoplanet imaging
The GRAVITY instrument on ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) has made the first direct observation of an exoplanet using optical interferometry. This method revealed a complex exoplanetary atmosphere with clouds of iron and silicates swirling in a planet-wide storm. The technique presents unique possibilities for characterising many of the exoplanets known today.
This artist’s impression shows the observed exoplanet, which goes by the name HR8799e.
Źródło: ESO/L. Calçada
Instrument GRAVITY, na należącym do ESO teleskopie o nazwie Very Large Telescope Interferometer (VLTI), wykonał pierwsze bezpośrednie obserwacje egzoplanety przy pomocy interferometrii optycznej. Metoda ta ukazała złożoną atmosferę planety z chmurami żelazowymi i krzemianowymi kręcącymi się w burzy o skali całej planety. Zastosowana technika prezentuje wyjątkowe możliwości badania własności wielu z egzoplanet znanych obecnie.
Treść rozszerzona

Instrument GRAVITY, na należącym do ESO teleskopie o nazwie Very Large Telescope Interferometer (VLTI), wykonał pierwsze bezpośrednie obserwacje egzoplanety przy pomocy interferometrii optycznej. Metoda ta ukazała złożoną atmosferę planety z chmurami żelazowymi i krzemianowymi kręcącymi się w burzy o skali całej planety. Zastosowana technika prezentuje wyjątkowe możliwości badania własności wielu z egzoplanet znanych obecnie.

Wyniki badań ogłoszono dzisiaj w liście do czasopisma Astronomy and Astrophysics autorstwa GRAVITY Collaboration [1], w którym naukowcy przedstawiają obserwacje egzoplanety HR 8799 e przy pomocy interferometrii optycznej. Egzoplaneta została odkryta w 2010 roku na orbicie wokół młodej gwiazdy ciągu głównego HR 8799, położonej około 129 lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Pegaza.

Dzisiejsze wyniki pokazały nowe własności HR8799 e. Badania wymagały instrumentu o bardzo dużej rozdzielczości i czułości. GRAVITY może używać czterech głównych teleskopów VLT pracujących wspólnie jako jeden większy teleskop dzięki technice znanej jako interferometria [2]. W ten sposób tworzony jest superteleskop — VLTI — który zbiera i precyzyjnie wyłuskuje światło atmosfery HR 8799 e od światła gwiazdy macierzystej [3].

slowaKluczowe Schemat działania interferometru VLT
Schemat działania interferometru VLT. Światło od odległego obiektu niebieskiego jest odbierane przez dwa teleskopy VLT, a następnie odbijane przez różne zwierciadła do tunelu interferometrycznego, znajdującego się poniżej platformy obserwacyjnej na szczycie Paranal. Dwie linie opóźniające z ruchomymi elementami nieustannie korygują długość torów, tak aby oba promienie interferowały pozytywnie i tworzyły prążki w ognisku interferometrycznym w laboratorium.
Źródło: ESO

HR8799e to ‘superjowisz’, świat jakiego nie znajdziemy w Układzie Słonecznym, który jest zarówno masywniejszy, jak i znacznie młodszy niż jakakolwiek planeta okrążająca Słońce. Z wiekiem zaledwie 30 milionów lat, ta niemowlęca planeta jest na tyle młoda, że daje naukowcom wgląd we wczesny etap formowania się planet i systemów planetarnych. Ta egzoplaneta jest zupełnie niegościnna – energia pozostała po jej powstaniu i potężny efekt cieplarniany rozgrzewają HR8799 e do prawie 1000 °C.

Po raz pierwszy użyto interferometrii optycznej do zbadania szczegółowych własności egzoplanety. Nowa technika dała niesamowicie szczegółowe widmo o niespotykanej jakości – dziesięć razy bardziej szczegółowe niż w przypadku wcześniejszych obserwacji. Pomiary dokonane przez zespół badawczy pozwoliły na ustalenie budowy atmosfery HR 8799 e i nie obyło się tutaj bez niespodzianek.

„Nasze analizy pokazały, że H R8799 e posiada atmosferę zawierającą znacznie więcej tlenku węgla niz metanu – a tego się nie spodziewano od chemii w warunkach równowagi”, wyjaśnia Sylvestre Lacour z CNRS w Observatoire de Paris - PSL oraz z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, kierownik zespołu badawczego. „Najlepszym wyjaśnieniem tego zaskakującego rezultatu są mocno pionowe wiatry w atmosferze, zapobiegające reakcjom tlenku węgla z wodorem w celu uformowania metanu.”

Odkryto także, że atmosfera zawiera chmury pyłu żelaznego i krzemianowego. W połączeniu z nadwyżką tlenku węgla sugeruje to, że w atmosferze HR8799 e występuje gigantyczna i gwałtowna burza.

„Nasze obserwacje sugerują kulę gazu oświetloną z wnętrza, z promieniami ciepłego światła wirującymi przez burzowe pasma ciemnych chmur” wyjaśnia Lacour. „Wokół chmur z czątkami krzemianowymi i żelaznymi występuje konwekcja, powodując ich rozpadania się i deszcz. Rysuje to obraz dynamicznej atmosfery olbrzymiej egzoplanety w chwilach narodzin, na której zachodzą skomplikowane procesy fizyczne i chemiczne.”

Wynik ten jest kontynuacją imponujących odkryć GRAVITY, które obejmują tak przełomowe badania, jak ubiegłoroczne obserwacje gazu wirującego z 30% prędkości światła tuż nad horyzontem zdarzeń supermasywnej czarnej dziury w centrum Galaktyki. Dodaje także nowa metodę obserwacji egzoplanet do już szerokiego arsenału metod dostępnych dla teleskopów i instrumentów ESO — przecierając szlaki dla wielu jeszcze donioślejszych odkryć [4].

Uwagi

[1] Instrument GRAVITY został opracowany we współpracy pomiędzy Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Niemcy), LESIA of Paris Observatory–PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot and IPAG of Université Grenoble Alpes / CNRS (Francja), Max Planck Institute for Astronomy (Niemcy), University of Cologne (Niemcy), CENTRA–Centro de Astrofisica e Gravitação (Portugalia) oraz ESO.

[2] Interferometria to technika pozwalająca astronomom na tworzenie superteleskopu poprzez połączeniu kilku mniejszych teleskopów. VLTI, który należy do ESO, jest teleskopem interferometrycznym tworzonym przez połączenie dwóch lub więcej Teleskopów Głównych w ramach Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) labo czterech mniejszych Teleskopów Pomocniczych. O ile każdy z Teleskopów Głównym ma zwierciadło główne o imponującej średnicy 8,2 metra, to po połączeniu razem tworzą teleskop o 25 razy większej zdolności rozdzielczej niż pojedynczy Teleskop Główny obserwujący samodzielnie.

[3] Egzoplanety można obserwować wieloma różnymi metodami. Część jest pośrednia, tak jak metoda prędkości radialnych używana przez łowcę planet z ESO: instrument HARPS, który mierzy wpływ przyciągania grawitacyjnego planety na jej gwiazdę. Metody bezpośrednie, takie jak technika opisana w przypadku najnowszych pomiarów GRAVITY, obejmują obserwowanie samej planet, a nie jej wpływu na gwiazdę.

[4] Niedawne odkrycia egzoplanet dokonane teleskopami ESO obejmują m.in. udaną detekcję superziemi wokół Gwiazdy Barnarda, najbliższej pojedynczej gwiazdy względem Słońca, odkrycie przez ALMA planet krążących wokół niemowlęcej gwiazdy, przy którym wykorzystano inną nowatorską technikę detekcji planet.

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule pt. "First direct detection of an exoplanet by optical interferometry" w czasopismie Astronomy and Astrophysics.

Skład zespołu badawczego: S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris - PSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, Francja [LESIA]; Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Niemcy [MPE]), M. Nowak (LESIA), J. Wang (Department of Astronomy, California Institute of Technology, Pasadena, USA), O. Pfuhl (MPE), F. Eisenhauer (MPE), R. Abuter (ESO, Garching, Niemcy), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugalia), N. Anugu (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugalia; School of Physics, Astrophysics Group, University of Exeter, Exeter, Wielka Brytania), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France [IPAG]), J.P. Berger (IPAG), H. Beust (IPAG), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Switzerland), M. Bonnefoy (IPAG), H. Bonnet (ESO, Garching, Niemcy), P. Bourget (ESO, Santiago, Chile), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Niemcy [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA), B. Charnay (LESIA), F. Chapron (LESIA) , Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P.T. de Zeeuw (MPE; Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, Holandia), C. Deen (MPE), R. Dembet (LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (1st Institute of Physics, University of Cologne, Cologne, Niemcy;  Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Niemcy), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugal; ESO, Santiago, Chile; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal), R. Garcia Lopez (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Irlandia; MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; Departments of Physics and Astronomy, University of California, Berkeley, USA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugalia; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugalia), A. Greenbaum (Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, USA), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (1st Institute of Physics, University of Cologne, Cologne, Niemcy), Z. Hubert (LESIA), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jocou (IPAG), S. Kendrew (European Space Agency, Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; MPIA), P. Kervella (LESIA), J. Kolb (ESO, Santiago, Chile), A.-M. Lagrange (IPAG), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A.-L. Maire (STAR Institute, Université de Liège, Liège, Belgium; MPIA), P. Mollière (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, The Netherlands), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), L. Pueyo (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Santiago, Chile), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Mexico; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), N. Schuhler (ESO, Santiago, Chile), O. Straub (LESIA; MPE), C. Straubmeier (1st Institute of Physics, University of Cologne, Cologne, Niemcy), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), E.F. van Dishoeck (MPE; Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, The Netherlands), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (1st Institute of Physics, University of Cologne, Cologne, Niemcy), I. Waisberg (MPE) , F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (1st Institute of Physics, University of Cologne, Cologne, Niemcy), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Niemcy), S. Yazici (MPE; 1st Institute of Physics, University of Cologne, Cologne, Niemcy), D. Ziegler (LESIA), and G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Linki

Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska