Güneş Sistemimizin Ötesindeki Gezegenler: Ötegezegenler Neye benziyor?

Güneş Sistemimizin Ötesindeki Gezegenler: Ötegezegenler Neye benziyor?
Güneş Sistemimizin Ötesindeki Gezegenler: Ötegezegenler Neye benziyor?
Exoplanet System Artwork

Bir ötegezegen sisteminin sanatçı izlenimi. Kredi: ESA

Jüpiter’in beş katı büyüklüğünde, ancak yıldızına Merkür’ün Güneşimize yakın olması gibi çok daha yakın olan gazlı bir ötegezegen hayal edin. Bu gezegen yıldızının yörüngesinde sadece birkaç gün içinde dönüyor ve ona hep aynı yüzünü gösteriyor. Şimdi, Dünya’nın yalnızca üçte biri kadar küçük, kayalık bir gezegenin yıldızının etrafında yalnızca 4,5 saatte döndüğünü hayal edin. Bu tür dünyalar gerçekten var. Dış gezegenler boyut, yörünge, bileşim ve daha fazlasına göre değişir. Ancak tüm bu yönleri nasıl bilebiliriz?

Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) ötegezegen misyonları tarafından farklı karakterizasyon teknikleri geliştirilmiş ve benimsenmiştir. Bu çabada, binlerce ötegezegen kütle, boyut, yoğunluk, bileşim ve yaş incelemelerine tabi tutulacak. Aşağıda çeşitli karakterizasyon tekniklerinin açıklamalarını bulabilirsiniz.

Detecting Exoplanets With Transits

Geçiş halindeki ötegezegenler, ev sahibi yıldızlarının – geçiş – önünden geçerken algılanır ve yıldız ışığında bir düşüşe neden olur. gözlemcinin bakış açısı. Geçiş, ötegezegenin yıldızının etrafında dönmesi için geçen süreye bağlı olarak zaman aralığı ile tekrar eder. Örneğin, kendi Güneş Sistemimizin bir gözlemcisi, Dünya’nın Güneş’ten geçişini tekrarlamak için bir yıl beklemek zorunda kalacaktır. Kredi: ESA

Boyut – geçiş yöntemi

Geçiş yöntemi, dış gezegenler hakkında bilgi edinmenin bir yolunu sunar. Bir gezegen yıldızının önünden geçtiğinde (gözlemcinin bakış açısından), yıldız ışığının bir kısmının engellenmesine neden olur. Gözlemci, yıldızdan geçici olarak daha az ışık alır. ESA’nın görevi Cheops, geçiş yaptığı bilinen gezegenlere bakacak ve boyutlarını deşifre edecek. Plato, geçiş yöntemini kullanarak yeni, bilinmeyen ötegezegenler arayacak. Gezegen ne kadar büyükse, yıldız parlaklığında neden olduğu düşüş o kadar derin olur. Cheops, Dünya ile Neptün arasındaki boyutlara ve daha kısa yörünge dönemlerine (<50 gün) sahip gezegenlere odaklanır. Yörünge periyodu, bir gezegenin ev sahibi yıldızının etrafında bir yörüngeyi tamamlaması için geçen süredir. Geçiş yapan ötegezegenler için, bu yörünge periyodunu belirlemek kolaydır, çünkü bu sadece ardışık iki ışık düşüşü arasındaki zamandır. Platon, daha uzun yörünge dönemlerine (>90 gün) sahip Dünya büyüklüğündeki gezegenleri gözlemleyebilecektir.

Detecting Exoplanets With Radial Velocity

Ötegezegenler, yıldızının yerçekiminin neden olduğu hareketindeki “yalpalama” ölçülerek tespit edilebilir. ortak bir kütle merkezi etrafında dönen gezegen ve yıldız olarak bir gezegenin çekimi. Uzaktan bakıldığında, yıldız gözlemciye doğru ve gözlemciden uzaklaşıyor gibi görünür. Bu hareket, yıldızdan gelen ışığın gözlemciye doğru hareket ederken biraz daha mavi, uzaklaşırken biraz daha kırmızı görünmesini sağlar. Frekanstaki bu değişim, Doppler etkisi olarak bilinir; bu, yanınızdan hızla geçen bir ambulans sireninin perdesindeki değişiklikle aynı etkidir. İlk ötegezegen keşiflerinin çoğu, bu sözde radyal hız yöntemi kullanılarak yapılmıştır.
Kredi: ESA

Kütle – radyal hız ve geçiş süresi varyasyonları

Kütle, temel bir özelliktir bir ötegezegen. Bilim adamları, farklı dış gezegenlerin ne kadar büyük olduğunu karşılaştırarak gezegenlerin yıldızlarının etrafında nasıl oluştuğu hakkında çok şey öğrenebilirler. İki yöntem bize ötegezegenlerin kütlesi hakkında bilgi sağlayabilir. Biri, birkaç yer tabanlı gözlemevi tarafından kullanılan radyal hız yöntemidir. Bir yıldızın bir gezegeni olduğunda, sistem kütle merkezi adı verilen ortak bir nokta etrafında hareket eder. Bu yörünge sırasında, yıldızların ışığı gözlemciye doğru hareket ettiğinde daha mavi, uzaklaştığında daha kırmızı görünür. Frekanstaki bu değişim, Doppler etkisi olarak bilinir; bu, yanınızdan hızla geçen bir ambulans sireninin perdesindeki değişiklikle aynı etkidir. Yıldızdan gelen ışıktaki kaymayı ölçerek, yıldızın kütle merkezi etrafında hareket ettiği hızı – hız ve yönü – belirlemek mümkündür. Hız, gezegenin kütlesiyle doğrudan ilişkilidir.

Detecting Exoplanets With Transit-Timing Variations

Geçiş zamanlaması varyasyonu (TTV) olarak bilinen, ötegezegenleri tespit etmek için geçiş tekniğinde bir varyasyon da kullanılabilir bir sistemde ek gezegenler bulmak için.Kredi: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Bize dış gezegenlerin kütlesi hakkında bilgi sağlayan başka bir yöntem de Geçiş Süresi Varyasyonları veya kısaca TTV’dir. Bu yöntem, birden fazla gezegene sahip bir gezegen sistemi için geçiş yöntemi gibi çalışır. Normalde aynı gezegenin geçişleri arasındaki sürenin değişmesi beklenmez. Bir gezegenin yıldızının yüzünden beklenenden daha erken veya daha geç geçtiği görüldüğünde, sistem muhtemelen başka bir gezegeni yerçekimsel olarak komşusunu çekiştiriyor veya itiyor. Bu yöntem şimdiden 40’tan fazla ötegezegenin keşfedilmesine yol açtı. İlginç olan, geçişler arasındaki zaman farkının gezegenlerin kütleleri hakkında da bilgi vermesidir. Bu teknik, ESA’nın Cheops ve Plato misyonları tarafından kullanılır.

Yoğunluk – iki yöntemi birleştirin

Hem kütle hem de boyut bilindiğinde, ötegezegenin yoğunluğu belirlenebilir. Bu, doğasını ortaya çıkarabileceği için önemli bir bilgidir: dış gezegen Dünya ve Mars gibi kayalık mı yoksa Satürn ve Jüpiter gibi gazlı bir yapıya mı sahip? Ötegezegenlerdeki çeşitliliği incelemek, gezegen sistemlerinin oluşumuna ışık tutabilir.

Transmission Spectroscopy

Spektroskopi, alınan yıldız ışığını bir prizma kullanarak farklı renklerine ayırma tekniğidir. Ötegezegenler, geçiş yaptıklarında – bizim bakış açımızdan geçerken – yıldızlarının yörüngesinde dönerken, yıldız ışığının bir kısmı gezegenin atmosferinden geçer. Atmosferdeki su buharı, karbondioksit, metan ve diğerleri gibi parçacıklar bu ışığın bir kısmını emer. Bu absorpsiyon, ışığın belirli dalga boylarında gerçekleşir. Yıldız ışığının hangi dalga boylarında emildiğini inceleyerek, atmosferde ne tür parçacıkların bulunduğunu belirleyebiliriz. NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu, ötegezegenleri karakterize etmek için bu tekniği kullanıyor ve ESA’nın Ariel görevi, bu şekilde 1000 kadar ötegezegenin atmosferini inceleyecek. Her iki görev de kızılötesi ışığa odaklanıyor çünkü bu renklerde moleküllerin imzaları çok belirgin. Kredi: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Atmosferin bileşimi – iletim spektroskopisi

Spektroskopi ile dış gezegenlerin atmosferlerinin nelerden oluştuğunu inceleyebiliriz. Spektroskopi, alınan yıldız ışığını bir prizma kullanarak farklı renklerine ayırma tekniğidir. Bir gezegenin geçişi sırasında yıldız ışığının bir kısmı gezegenin atmosferinden geçer. Atmosferdeki su buharı, karbondioksit, metan ve diğerleri gibi parçacıklar bu ışığın bir kısmını emer. Bu absorpsiyon, ışığın belirli dalga boylarında gerçekleşir. Yıldız ışığının hangi dalga boylarında emildiğini inceleyerek, atmosferde ne tür parçacıkların bulunduğunu belirleyebiliriz. Zaman içinde atmosferdeki değişiklikleri izlemek, bu ötegezegenlerin yüzeyinde meydana gelen süreçler hakkında fikir verir. NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu, ötegezegenleri karakterize etmek için bu tekniği kullanır ve ESA’nın Ariel görevi, bu şekilde 1000 kadar ötegezegenin atmosferini inceleyecektir.

Exoplanet Phase Curve

Faz eğrisi yöntemi güneş dışı gezegenleri veya ötegezegenleri inceleyin. Bir gezegenin ev sahibi yıldızına göre konumuna bağlı olarak, bir teleskop tarafından toplanan toplam ışık, Ay’ın evrelerini deneyimlememize benzer bir şekilde, gezegenden yansıyan değişen bir ışık fraksiyonunu içerecektir.
Gezegen İkincil tutulma olarak bilinen ve gözden kaybolan bir aşamada hiç ışık yansıtmazken, bu aşamadan kısa bir süre önce ve sonra bir miktar ışık yansıtır. Buna ek olarak gezegen, yıldızın önünden geçerken ışığın bir kısmını engeller.
Gezegenin yıldızının yörüngesinde dönerken yansıttığı yıldız ışığındaki değişiklikler, ısının taşınmasını sağlayan fiziksel süreçler hakkında fikir verir. sıcak gündüz tarafından daha soğuk gece tarafına. Faz eğrilerinin analizi, bulutların varlığı da dahil olmak üzere gezegenin atmosferinin ayrıntılarını ve hatta muhtemelen bulut bileşimine ilişkin ipuçlarını ortaya çıkarır.
Kaynak: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Bulutlar ve yüzey – faz eğrisi

Bir gezegen yıldızının yörüngesinde döndüğünde, tıpkı Ay’ımızın güneş ışığında yaptığı gibi yıldız ışığını yansıtır. Aynı şekilde, ötegezegenler de yüzeylerinin farklı fraksiyonlarının ışığı yansıttığı farklı ‘fazlara’ sahiptir. Gezegenin yörüngesi sırasında alınan güneş ışığındaki küçük farklılıkları inceleyerek, gezegenin yüzeyinin ne kadar yansıtıcı olduğunu belirlemek mümkündür.Cheops ve Plato misyonları ve ayrıca Ariel (geçiş spektroskopisine paralel olarak, yukarıya bakın), ötegezegenlerin yüzey renklerini ortaya çıkarmak için bu tekniği kullanacak.

Detecting Exoplanets With Direct Imaging

Doğrudan görüntüleme, ışığın ölçülmesine dayanır ötegezegenin kendisinden. Bu, özellikle optik dalga boylarında zordur, çünkü görece sönük olan gezegen, çok daha parlak olan ev sahibi yıldızın parıltısında kaybolabilir.
Kredi: ESA

Ötegezegen sistemlerinin yapısı – doğrudan görüntüleme{8 }

Yukarıdaki yöntemler, bireysel ötegezegenlerin çeşitli özelliklerini verdi. Bir bütün olarak ötegezegen sistemleri hakkında daha fazla şey öğrenmek istiyorsak, sistemin doğrudan bir görüntüsünü yapabiliriz. Gezegenlerin fotoğrafını çekmek zordur çünkü yıldızların ışığı gezegenlerininkinden daha parlaktır. Çok yüksek çözünürlüklü bir kameraya veya parlak yıldız ışığını engellemenin bir yoluna ihtiyacınız var ve tüm uzay görevleri bu görev için donatılmamıştır. Hubble ve James Webb uzay teleskopları gerekli çözünürlüğe sahipler ve Güneşimiz dışındaki yıldızların etrafındaki gezegenlerin görüntülerini alabiliyorlar. Bu teknikle gezegenlerin yörünge dönemlerini ve yıldızlarına olan uzaklıklarını da öğrenebiliyoruz. Yeni uzay teleskobu Roman, Jüpiter büyüklüğündeki gezegenleri Güneş etrafındaki Jüpiter’e benzer yörüngelerde görüntüleyebilecek. Teleskop bunu, yıldızın ışığını bloke ederek yapacak ve etrafındaki gezegenlerin sönük ışığını görüntüleyecektir.

.