De CHES-enquête kan exoplaneten detecteren binnen enkele tientallen lichtjaren van de aarde met behulp van astrometrie

NASA gaf aan dat 5.030 exoplaneten zijn bevestigd in 3.772 systemen, terwijl nog eens 8.974 kandidaten op bevestiging wachten. Met de beschikbaarheid van instrumenten van de volgende generatie zoals de James Webb Space Telescope (JWST) online, zal het aantal en de diversiteit van bevestigde exoplaneten naar verwachting exponentieel groeien. In het bijzonder verwachten astronomen dat het aantal bekende terrestrische en superaardse planeten drastisch zal toenemen.

In de komende jaren zullen de mogelijkheden voor onderzoek naar exoplaneten exponentieel toenemen met de ontdekking van duizenden meer. In een recente studie beschrijft een team onder leiding van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) een nieuw concept van een ruimtetelescoop die bekend staat als de Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Dit voorgestelde observatorium zal zoeken naar aardachtige planeten in bewoonbare zones (HZ’s) Zonachtige sterren binnen 33 lichtjaar (10 parsecs) met behulp van een methode die bekend staat als relatieve astrometrie van de partiële seconde.

De tak van de astronomie die astronomie wordt genoemd, bestaat uit het nauwkeurig meten van de juiste posities en bewegingen van hemellichamen door ze te vergelijken met referentiesterren op de achtergrond. Voorbeelden van deze methode zijn het Gaia Observatorium van de European Space Agency, dat sinds 2013 de beweging van een miljard sterren in de Melkweg (plus 500.000 verre quasars) meet. Deze gegevens zullen worden gebruikt om de meest nauwkeurige 3D-kaart van onze melkweg te maken. ooit gemaakt. verdwenen.

In dit geval suggereren onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) en verschillende Chinese observatoria en universiteiten een ruimtetelescoop Het kan astronomische metingen met hoge resolutie van zonachtige sterren uitvoeren om de exoplaneten die eromheen draaien te ontdekken. De voorgestelde CHES-missie zal opereren op het Lagrangiaanse punt tussen de zon en de aarde L2 – waar NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) momenteel verblijft – en zal de doelsterren gedurende vijf jaar observeren. Deze doelen zullen 100 sterren bevatten binnen 33 lichtjaar van het zonnestelsel die vallen in de typen F, G en K.

Terwijl sterren van het F-type (gele en witte dwergen) heter, helderder en massiever zijn dan onze zon, komen G-sterren (gele dwergen) overeen met onze zon – de hoofdreeksster G2V. Ondertussen zijn K-type sterren (oranje dwergen) iets donkerder, koeler en minder massief dan onze zon. Voor elke ster die het waarneemt, zal CHES kleine, dynamische verstoringen meten die worden veroorzaakt door exoplaneten die rond het zonnestelsel draaien, wat nauwkeurige schattingen zal opleveren van hun massa’s en omlooptijden.

Als ruimteobservatorium zal CHES geen interferentie ondervinden van de beweging van de aarde en de atmosfeer en zal het astronomische metingen kunnen doen die nauwkeurig genoeg zijn om binnen het precieze boogsecondeveld te vallen. Dr. Jianghui Ji is een professor aan het CAS Major Planetary Science Laboratory in Nanjing, University of Science and Technology, en hoofdauteur van de studie. Zoals hij Universe Today via e-mail vertelde:

“Voor een planeet met een massa van de aarde van 1 AU rond een ster van het zonnetype van 10 pct, is de astrometriefluctuatie van de ster veroorzaakt door Earth Twin 0,3 microboogseconden. Het niveau van de microseconde moet dus worden gemeten. Relatieve astrometrie voor CHES kan worden gemeten Nauwkeurige hoekscheiding op microsecondeniveau tussen één doelster en 6-8 referentiesterren. Op basis van metingen van deze kleine veranderingen kunnen we detecteren of er terrestrische planeten om hen heen.”

In het bijzonder zal CHES de eerste directe metingen doen van de werkelijke massa’s en hellingen van de isotopen van de aarde en de superaarde die in de HZ van hun sterren cirkelen en als ‘bewoonbaar’ worden beschouwd. Dr. Ji zei dat de primaire lading voor deze missie een hoogwaardige spiegel is met een diameter van 1,2 meter (ft) en een gezichtsveld (FOV) van 0,44° x 0,44°. Deze spiegel maakt deel uit van een drie-assig anagram (TMA) systeem, waarbij drie gebogen spiegels worden gebruikt om optische aberraties te verminderen.

CHES vertrouwt ook op Mosaic Charge-Coupled Devices (CCD’s) en lasermeettechnologie om astronomische metingen uit te voeren in het bereik van 500 nm ~ 900 nm, inclusief zichtbaar licht en het nabij-infraroodspectrum. Deze mogelijkheden zullen aanzienlijke voordelen bieden ten opzichte van doorvoermethode:, wat nog steeds de meest gebruikte en effectieve methode is om exoplaneten te ontdekken. Bij deze methode worden sterren gecontroleerd op periodieke dalingen in helderheid, wat mogelijke indicatoren zijn van planeten die voor de ster passeren (ook wel transits genoemd) ten opzichte van de waarnemer.

Bovendien zal CHES helpen bij de overgang die momenteel plaatsvindt in studies van exoplaneten, aangezien de focus verschuift van het ontdekkingsproces naar karakterisering. Zoals Dr. J uitlegde:

“Eerst zal CHES een uitgebreid onderzoek doen naar nabije zonnesterren binnen een straal van 10 stuks van ons en alle aardachtige planeten in de bewoonbare zone detecteren via astrometrie, voor het geval dat een transitmethode (zoals TESS of PLATO) niet mogelijk is. [This] Het vereist de randbanen van de planeten ten opzichte van de zichtlijn van de waarnemer.

Ten tweede zal CHES de eerste directe metingen leveren van de werkelijke massa’s van onze “Aarde-tweeling” en superaarde die rond onze naburige sterren cirkelen, waarbij de massa van planeten echt belangrijk is voor het karakteriseren van een planeet. [transit method] Ze kunnen over het algemeen de straal van een planeet weergeven en moeten worden bevestigd door andere op aarde gebaseerde methoden, zoals radiale snelheid.

“Ten slotte zal CHES driedimensionale banen (bijv. hellingen) van terrestrische planeten opleveren, wat ook dient als een andere belangrijke indicator die betrokken is bij de vorming en karakterisering van planeten.”

Deze mogelijkheden zullen astronomen helpen de huidige populatie van exoplaneten, die voornamelijk bestaat uit gasreuzen (Jupiter of Saturnus), kleine Neptunus en superaarde, aanzienlijk uit te breiden. Maar met de verbeterde nauwkeurigheid en gevoeligheid van instrumenten van de volgende generatie, verwachten astronomen dat het aantal aardse isotopen exponentieel zal toenemen. Het zal ook ons ​​begrip van de diverse aard van planeten die rond zonachtige sterren draaien, verbeteren en licht werpen op de vorming en evolutie van het zonnestelsel.

Maar de voordelen van de volgende generatie astrometrische ruimtemissies houden daar niet op. Zoals Dr. Gee heeft aangegeven, zal hij kunnen helpen bij onderzoeken die gebaseerd zijn op de op één na populairste en meest effectieve methode voor het detecteren van exoplaneten, bekend als de radiale snelheidsmethode (ook bekend als Doppler-spectroscopie). Voor deze methode observeren astronomen sterren op tekenen van schijnbare heen-en-weer beweging (“oscillatie”) veroorzaakt door de zwaartekracht van planeten in hun baan. Daarnaast kan CHES gecombineerde metingen uitvoeren met zeer nauwkeurige radiale snelheidsinstrumenten zoals de Very Large Telescope (ELT) en de Thirty Meter Telescope (TMT), Dr. [It can also] Bekijk de bewoonbare kandidaat-planeten die hij heeft ontdekt [this method]en nauwkeurig karakteriseren van planetaire massa’s en orbitale parameters. “

Bovendien zal CHES helpen de grenzen van de astronomie en kosmologie te verleggen door te helpen bij het zoeken naar donkere materie, de studie van zwarte gaten en andere onderzoeksgebieden. Dit onderzoek zal nieuwe inzichten opleveren in de fysica die ons universum bestuurt, de vorming en evolutie van planetenstelsels en de oorsprong van het leven zelf. Andere observatoria, zoals de Roman Nancy Grace Space Telescope (en ELT en TMT), zullen in staat zijn om directe beeldvormingsstudies uit te voeren van kleinere exoplaneten die veel dichter bij hun sterren cirkelen – precies waar de rotsachtige HZ planeten verwacht gevonden te worden.

Gecombineerd met astronomische metingen die honderden rotsachtige exoplaneten in naburige systemen kunnen onthullen, zouden astronomen op het punt kunnen staan ​​buitenaards leven te vinden.