De volgende generatie telescopen zal ons vertellen over het weer op andere werelden

Het veld van de astronomie staat op het punt een revolutie teweeg te brengen, dankzij de introductie van zeer grote telescopen die afhankelijk zijn van primaire spiegels met een diameter van 30 meter (of meer), adaptieve optica (AO), coronalgraphs en geavanceerde spectrometers. Dit omvat de voornaam Een zeer grote telescoop (ELT), en Gigantische Magellan-telescoop (GMT) f Dertig meter telescoop (TMT). Met deze telescopen kunnen astronomen exoplaneten bestuderen met behulp van de directe beeldvormingsmethode (DI), die waardevolle gegevens zal opleveren over de samenstelling van hun atmosfeer.

volgens Nieuwe studie Aangedreven door een team van onderzoekers van de Ohio State University (OSU), zullen deze telescopen astronomen ook in staat stellen om “ultrakoude objecten” te bestuderen, zoals sterren met een zeer lage massa (VLM’s), bruine dwergen en exoplaneten. Naast het kunnen visualiseren van magnetars en het bepalen van de chemische samenstelling van deze objecten, zullen ELT’s details kunnen onthullen over de dynamiek van de atmosfeer en wolkensystemen. Dit soort studies kan een schat aan informatie onthullen over enkele van de minst bestudeerde objecten in ons universum en kan een grote bijdrage leveren aan de zoektocht naar leven buiten ons zonnestelsel.

Het onderzoek werd uitgevoerd door Michael K. Plummer W Ji Wang, een Ph.D. student en professor in de astronomie aan de Ohio State University (respectievelijk), als onderdeel van het proefschrift van Plummer. Plummer is ook een officier en piloot die eerder studeerde aan de US Air Force Academy, terwijl Wang gespecialiseerd is in het maken van gevoelige instrumenten die meer gedetailleerde studies van exoplaneten mogelijk maken. Het document waarin hun bevindingen worden beschreven, is getiteld “De lucht van ultracoole werelden in kaart brengen: stormen en plekken spotten met zeer grote telescopenOnlangs voor publicatie in Astrofysisch tijdschrift.

De studie van ultrakoude objecten is een snelgroeiend veld in de astronomie, iets dat erg moeilijk was met optische telescopen. Dankzij de vooruitgang in de infrarood- en radioastronomie hebben astronomen de afgelopen jaren veel geleerd over deze objecten, waardoor ze de reikwijdte en aard van objecten in ons universum beter kunnen begrijpen. Zoals Plummer via e-mail aan Universe Today vertelde:

Ultracoole dwergen, waaronder minder massieve sterren en bruine dwergen, hebben effectieve temperaturen waardoor condensatie in hun atmosfeer kan ontstaan. Deze condensaten kunnen metaal- en silicaatwolken zijn. Er wordt aangenomen dat bij de L/T spectrale overgang rond 1300 K, wolken beginnen te regenen, waardoor vlekkerige atmosferische kenmerken ontstaan. Voor snelle spinners zou dit kunnen leiden tot een grote discrepantie in de spectrale en fotometrische signalen die we voor deze objecten waarnemen.”

Kijkend naar de mogelijkheden van telescopen van de volgende generatie, keken Plummer en Wang naar hoe zeer gevoelige spectrometers, mogelijkheden voor infraroodbeeldvorming en verbeterde signaal-ruisverhouding gedetailleerdere studies van VLM’s, bruine dwergen en exoplaneten mogelijk zouden maken. Deze omvatten Voorbijgaande spectroscopie (variatie van voorbijgaande fotometrie), waarbij planeten periodiek voor hun sterren passeren (ten opzichte van de waarnemer), waardoor licht door hun atmosfeer gaat. Er is ook directe spectroscopie, wat een variatie is op de directe beeldvormingsmethode.

In dit geval vertrouwen astronomen op de coronale wervels om het licht van de ster te blokkeren, waardoor het licht wordt gereflecteerd door de atmosfeer van de exoplaneten en de zichtbare oppervlakken van hun instrumenten. Hoe dan ook, Plummer en zijn collega’s keken naar wat voor soort atmosferische kenmerken deze observatoria en hun geavanceerde instrumenten zouden kunnen visualiseren. Plummer voegde toe:

Er is gesuggereerd dat gestreepte kenmerken (zoals we op Jupiter zien) verantwoordelijk kunnen zijn voor het waargenomen contrast.Doppler-beeldvorming kan grootschalige weerkenmerken op deze ultrakoude doelen in kaart brengen, wat licht werpt op de thermische, chemische en dynamische samenstelling van quasars. Dit kan ons helpen te begrijpen of de atmosferen van deze objecten vaak monolithisch, onvolledig of een combinatie van beide systemen zijn.”

Voor hun studie namen Plummer en Wang de 30-meter telescopen in gebruik die zouden worden gebruikt voor studies van sterren en exoplaneten. Dit bevat Het Great Earth Search Instrument Consortium GMT (G-CLEF), een zichtbaar licht spectrofotometer met adaptieve optica die radiale snelheidsmetingen (RV) zal uitvoeren met een nauwkeurigheid van ten minste 50 cm/sec. Dankzij deze mogelijkheden kunnen astronomen die GMT gebruiken de meest metaalarme sterren lokaliseren, de massa’s van exoplaneten (zo klein als de grootte van Mars) rond M-type sterren (rode dwergen) meten en zuurstofgas in de atmosfeer van exoplaneten detecteren met behulp van transmissie spectra. .

Ten tweede zijn er TMT’s Een multifunctionele infraroodspectrometer met hoge resolutie en diffractiebeperking (MODHIS), diffractiebeperkte infraroodfaciliteit met hoge resolutie. als onderdeel van Smal veld infrarood adaptief optisch systeem (NFIRAOS), zal MODHIS nauwkeurige RV-metingen uitvoeren (30 cm/sec of meer) en spectra verkrijgen van de atmosfeer van exoplaneten met behulp van de Tranist-methode en directe beeldvorming (dankzij het TMT-instrument van de coronagraaf). Het zal verder exoplaneetrotaties, radiale snelheden, wolkendynamiek en het weer meten.

Ten derde is er het ELT-team Midden-infraroodbeeldvorming en spectrofotometer (METIS), dat het gehele infrarode golflengtebereik bestrijkt, en zal worden gebruikt om alles te bestuderen, van objecten in het zonnestelsel tot sterren, protoplanetaire schijven, exoplaneten en verre sterrenstelsels. Op basis van hun evaluatie van deze tools en hun mogelijkheden schetsten Plummer en Wang het soort onderzoek dat ze mogelijk zouden maken (en de enorme implicaties ervan). Zoals Plummer uitlegde:

“De aanstaande ELT’s en hun geplande spectroscopische instrumenten zullen de vereiste signaal-ruisverhouding en spectrale resolutie bieden om Doppler-beeldvormingskaarten te genereren van zwakkere bruine dwergen en, hoogstwaarschijnlijk, de helderdere exoplaneten, die zich ook op grote orbitale afstanden van hun gastheersterren. Doppler-beeldvorming van exoplaneten zal ons helpen. “om te begrijpen hoe gasreuzenatmosferen verschillen van die waargenomen in ons zonnestelsel.

Bruine dwergen dienen ook als uitstekende tegenhangers van exoplaneten van gasreuzen vanwege hun vergelijkbare temperatuur, grootte en spectraalklassen. Jonge bruine dwergen met een lage zwaartekracht zijn in dit opzicht bijzonder interessant omdat ze vergelijkbare roodachtige spectra lijken te hebben (waarschijnlijk van optisch dikkere wolken) als veel van de gasreuzen die we direct in beeld hebben gebracht (zoals de HR 8799-planeten).

Er worden de komende jaren enkele verbazingwekkende doorbraken verwacht, dankzij telescopen en instrumenten van de volgende generatie die steeds meer over het universum onthullen. De astronomen van vandaag profiteren ook van de groeiende participatie van het grote publiek en de samenwerking tussen observatoria en burgerwetenschappers – die helpen bergen wetenschappelijke gegevens te doorzoeken. Machine learning en geavanceerdere algoritmen worden ook vaker gebruikt, waardoor de ontdekkingssnelheid van nieuwe objecten en exoplaneten enorm toeneemt.

Naast de hoeveelheden informatie die dit oplevert, is er ook de manier waarop meer geavanceerde tools en methoden de overgang maken van detectie naar karakterisering. Er is niet alleen waarschijnlijk een exponentiële toename van het aantal bevestigde exoplaneten en andere objecten, maar er is ook het feit dat wetenschappers ze van dichterbij kunnen bekijken. Met de mogelijkheid om chemische samenstellingen te bepalen en zelfs weerpatronen te zien, kunnen wetenschappers bepalen of verre exoplaneten ‘bewoonbaar’ zijn.

Wie ken je Met een beetje geluk kunnen de gegevens het eerste bewijs van buitenaards leven onthullen en misschien zelfs een geavanceerde beschaving of twee!

Verder lezen: arXiv