Tag Archives: exoplanets

Дупки в небето над Паранал


Прикачената снимка на четирите лазера, всеки с мощност от около 20 вата, с които се създават изкуствени звезди над ВЛТ е направена преди два дни с патетичния ми джобен цифров фотоапарат-сапунерка. Снимка, направена с професионален фотоапарат може да се види тук: https://www.eso.org/public/teles-instr/vlt/vlt-instr/4lgsf/

Отстрани този експеримент наистина прилича на опит за пробиване на дупки в небето. Това е шега, разбира се. Идеята е не да се пробие небето, а да се „запалят“ в него няколко ярки изкуствени звезди, които да се ползват за коригиране на деформациите на вълновия фронт, които атмосферата над нас създава.

Деформация, вълнов фронт…

За какво става дума?

Представете си една звезда. За простота нека да разгледаме само светлината, която звездата излъчва в един безкрайно къс интервал – това ще е къс светлнинен импулс. Какво се случва с него? – Той се разпространява под формата на идеална кръгла сфера, без деформации, с център съвпадащ със центъра на звездата. Повърхността на сферата – която е именно споменатият по-нагоре вълнов фронт – се разширява със скоростта на светлината и продължава да си е идеално сферична (ефектите от разредения материал в междузвездното пространство са пренебрежими), докато не се сблъска с въздуха в … земната атмосфера.

Земната атмосфера, ни по-малко, ни повече, прави възможен живота на Земята, но за нас астрономите тя е досадна пречка. Проблемът ни е, че тя е динамична – в нея има слоеве в различно налягане и температура, въздухът се движи, плътността му се сменя и заедно с всички тези процеси се менят и оптичните му свойства. Спомнете си, как трептят звездите, когато ги наблюдаваме близо до хоризонта или как се мени формата на морското дъно, когато го гледате през плискащата се вода…

Същото се случва и със звездната светлина, когато навлезе в атмосферата: повърхността на идеалната сфера се нагърчва и далечните звезди вече не изглеждат като точки, а като малки дискове. Грубо казано, размерът на тези дискове се нарича астрономическо качество на изображението (seeing), и е важна характеристика на мястото, където се строят обсерваториите. Според това изискване Чилийските Анди, Хаваите и Южният полюс са някои от местата, най-подходящи за строеж на обсерватории.

За съжаление дори и там атмосферата изиграва своята роля, а да се изкарват телескопите в космоса, над нея, е скъпо удоволствие (за справка космическият телескоп Хъбъл струва около 2.5 милиарда долара, а всеки един от четирите ВЛТ – около 80 милиона евро; за поддръжката д не говорим – един ремонтен полет до Хъбъл струваше около половин милиард, а годишната издръжка на 4-те телескопа на Паранал – тук не броя по-малките – е около двадесет пъти по-евтина).

Но как да направим така, че наземните телескопи да „виждат“ толкова ясно, както космическите?

През 1953 година американският астроном Хоръс Бабкок предлага да се използва деформируемо огледало, чиято форма се контролира с компютър толкова бързо, че може да проследява „трептенето“ на звездите и да ги „заковава“ на едно място, така че да изглеждат като точкови източници, а не като дискове, каквито ги прави атмосферата (може да видите как изглежда изображението на една звезда без и с използване на адаптивна оптика: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Ao_movie.gif).

Адаптивната оптика не бива да се бърка с активната оптика, която само компенсира деформациите на големите телескопни огледала заради неравномерното им натоварване, включително и от собственото им тегло.

Трябва да минат десетилетия, преди да се появят две технологии, които да направят възможна адаптивната оптика: достатъчно бързи компютри и достатъчно чувствителни детектори (по времето на Бабкок астрономите използват фотографски филми и плаки, които регистрират едва няколко процента от падащите върху тях фотони; съвременните цифрови детектори регистрират 90-95 процента от фотоните).

Първи използват адаптивната оптика американските военно-въздушни сили по времето на Студената война за да наблюдават Съветски спътници (интересна статия за това, но на английски: http://www.npr.org/2013/06/24/190986008/for-sharpest-views-scope-the-sky-with-quick-change-mirrors).

През 90-те години постепенно новата технология става цивилна и започва да се използва в астрономията. Тя обаче има едно изискване – да се наблюдават ярки обекти, чието „трептене“ се проследява и коригира. Уви, интересните звезди не са така ярки като съветските спътници. В началото това ограничава астрономическите приложения на адаптивната оптика до изследване на околностите на ярки звезди – например за да се търсят около тях планети – точно по този метод преди повече от десет години беше наблюдавана за пръв път планета в друга слънчева система именно в нашата обсерватория (https://www.eso.org/public/news/eso0428/).

Не знам на кого принадлежи идеята да се използва лазер, за да се заобиколи това ограничение, но тя се свежда до следното – високо в атмосферата, на около 20-30 километра има слой от натрий. Ако насочим нагоре натриев лазер, светлината излъчена от него ще бъде погълната от натриевите атоми в този слой и ще бъде преизлъчена, но във всички посоки; част от преизлъчената светлина ще се върне към нас и в резултат ще се получи изкуствена звезда.

Четирите лъча от снимката създават точно такива ярки изкуствени звезди. А са четири, за да може да се коригира качеството на астрономическото изображение върху по-голяма площ на небето. Апаратурата все още се изпробва. Една от първите й задачи ще бъде да наблюдава центъра на нашата Галактика, към който в момента се приближава голям газов облак. Той едва ли ще е достатъчен за да направи от Млечния път истинска активна галактика (за щастие), но наблюденията на процесите, които ще съпътстват преминаването му от там със сигурност ще ни кажат нещо интересно за нашия дом, Млечния Път.

sam_2795a

Advertisements

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Планета около звездата Проксима в съзвездието Центавър: запис на интервю с обяснение на резултата от предаването “Преди всички” на програма „Хоризонт“


Журналистката Ирина Недева отрази откритието на новата планета в предаването “Преди всички” на 25.08.2016. Запис на фрагмента може да се чуе тук: http://bnr.bg/horizont/post/100730227/nai-blizkata-do-nas-ekzoplaneta-e-na-razstoanie-malko-nad-4-svetlinni-godini-i-obikala-okolo-zvezdata-proksima

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Екзопланета в задния ни двор: проектът „Бледа Червена Точка“ докладва за откритие на планета около звездата Проксима в съзвездието Центавър, най-близката звезда до слънчевата система


Проектът и крилатата фраза: В края на 80-те години на миналия век гениалният популяризатор на астрономията Карл Сейгън предлага да се използва една от космическите станции „Вояджер“, които вече са пресекли орбитите на Юпитер и Сатурн, за да се направи снимка на Земята. Идеята е осъществена в началото на 1990 година (тя може да се види тук: https://en.wikipedia.org/wiki/Pale_Blue_Dot). По-късно Сейгън коментира, че „всяко човешко същество, който някога е живяло, е изживяло живота си“ на тази бледа синя точка.

Създателите на проекта „Бледа червена точка“ (https://palereddot.org/), макар и активни учени-изследователи, също са и популяризатори. Те променят символичната фраза на Сейгън за да отразят правилно червения цвят на най-близката до Слънцето звезда – Проксима. Проксима е най-близкия до Слънчевата система член на система от три звезди, заедно с много по-известната двойна звезда Алфа Центавър А и Б. Проксима е пренебрегната от вниманието на широката публика, вероятно защото не е ярка – макар да е близка до нас, тя е слаба и студена червена звездичка и принадлежи към клас, който астрономите наричат М. За разлика от Алфа Центавър, Проксима е невидима за човешкото око – в оптичния диапазон, в който са чувствителни нашите очи, тя е приблизително сто пъти по-слаба, от най-слабите звезди, който хора с отлично зрение могат да видят.

Проектът „Бледа червена точка“ е замислен като съчетание на научно и популяризаторско начинание: на страницата му е отразен в подробности процесът на правене на наука, от идеята, през наблюденията и тяхната обработка, до подготовката и публикуването на научната статия (https://www.eso.org/public/announcements/ann16002/).

Методът: Проектът „Бледа червена точка“, ръководен от Гуем Англада-Ескуде от Университета Куин Мери в Лондон (http://astro.qmul.ac.uk/directory/g.anglada; https://www.researchgate.net/profile/Guillem_Anglada-Escude), използва добре известния метод на радиалните скорости. С помощта точно на този метод през 1995 година швейцарските астрономи Майор и Коло откриха първата екзопланета около звезда от слънчев тип – 51 Пегас б (https://en.wikipedia.org/wiki/51_Pegasi_b).

Методът не изисква да се „види“ директно една планета, достатъчно е да се „вижда“ звездата. Използва се факта, че звездата и нейната планетата се движат по орбити около общ център на масата, който не съвпада с центъра на звездата. Разбира се, орбитата на звездата е много по-малка от орбитата на планетата. При движението по орбитата си звездата се отдалечава или приближава към нас, при което нейният спектър се измества заради ефекта на Доплер. Съвременните астрономически инструменти са в състояние да регистрират това отместване.

В чисто практически аспект методът се заключава в получаване на множество спектри през достатъчно дълъг интервал от време, който трябва да покрие поне веднъж периода на планетата. После се измерва радиалната скорост на звездата от всеки спектър, и по получената крива на скоростите се определят периода и амплитудата на кривата на радиалната скорост, а от там, по закона на Кеплер, се определя отношението между масите на планетата и на звездата.

Анимация, която добре илюстрира метода може да се види тук:

http://images.google.de/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikipedia%2Fcommons%2F3%2F33%2FESO_-_The_Radial_Velocity_Method_%28by%29.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FDoppler_spectroscopy&h=2094&w=2374&tbnid=gLybRk9ZRxgSuM%3A&docid=KwG2Ep3qqhCr6M&ei=QG69V5DvCIfVsAHnna7oDw&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=1031&page=1&start=0&ndsp=36&ved=0ahUKEwiQj6nc49nOAhWHKiwKHeeOC_0QMwgcKAAwAA&bih=1076&biw=1379

Откритието: около Проксима има планета, с маса 1.4 пъто по-голяма от масата на Земята. Планетата се движи по орбита с период 11.2 дни и радиус 0.05 астрономически единици (около двадесет пъти по-близо до Проксима, отколкото Земята е до Слънцето; една астрономическа единица е равна на радиуса на земната орбита). Планетата се намира близо до външната граница на обитаемата зона на Проксима и получава от своята звезда около 65% от енергията, която Земята получава от Слънцето; не е изненадващо, че новата планета е по-студена от Земята – температура на повърхността ѝ е около 235 градуса по скалата на Келвин, или четиридесет градуса под нулата по скалата на Целзий. По този параметър новата планета по-скоро прилича на Марс.

Но това не е цялата история – много вероятно планетата има период на денонощно въртене, равен на орбиталния период, т.е. тя винаги е обърната към звездата с една и съща страна (подобно на това как Луната винаги е обърната към Земята с една и съща страна). Следователно, на повърхността на планетата има голяма температурна разлика между страните с вечен ден и с вечна нощ.

Друго усложнение идва от възможността планетата да има атмосфера – ако тя е достатъчно плътна, парниковият ефект е в състояние да повиши температурата на повърхността ѝ над точката на замръзване на водата.

Кривата на радиалната скорост намеква – това е най-подходящата дума – за наличието на още един обект в системата на Проксима, защото след премахването на сигнала от новооткритата планета, остава още един сигнал, под формата на бавна промяна на лъчевата скорост на звездата. Ако наличието на това тяло бъде потвърдено, то ще има период, много по-голям от два месеца (колкото е продулжила последната кампания с HARPS).

Анализ:

– Откриването на планета почти в обитаемата зона на най-близката до Слънцето звезда е епохално откритие. Ако съществуването на планетата се потвърди, тя ще е най-близката до нас екзопланета. Тя има и потенциала да бъде най-близката обитаема планета до нас. Това са две „най“, който няма как да бъдат надминати, просто защото няма друга звезда, по-близка до Слънцето от Проксима. Наличието на планети от земен тип около Слунцето и най-близката до него звезда не е вероятно, освен ако планетите от земен тип не са широко разпространени във Вселената.

– В известен смисъл, откриването на планета около Проксима не е изненада, защото е известно, че на всяка звезда от М клас се пада поне по една планета; проблемът е, че част от М звездите имат по няколко планети, а друга част – нямат никакви (или са толкова малки, че все още не сме ги открили). Също така, като правило планетите в системите на М звездите са малки, не по-големи по маса от Нептун (който е 17 пъти по-тежък от Земята и 19 пъти по-малко масивен от Юпитер), така че и ниската маса на планетата не е изненада.

– Още от сега може да се каже, че планетата вероятно наистина съществува, главно защото сигналът, който тя произвежда, може да се проследи в наблюдения, които покриват почти десетилетие. По-рано той е бил приписван на активността на звездата, но този дълъг период, в който сигналът продължава неизменно да се наблюдава, изключва възможността той да е породен от активност на звездата, защото петната, които са причината да се „откриват“ несъществуващи планети обикновено не са стабилни за толкова дълго време. Нещо повече, паралелно с измерването на радиалната скорост, астрономите от проекта „Бледа червена точка“ са проследили и яркостта на Проксима, защото петната биха довели и до наличието на периодичен сигнал и в яркостта на звездата. Както се очаква за такава студена звезда, яркостта на Проксима се мени, но не със същия период като на новооткритата планета, което е допълнителен аргумент, че новата планета наистина съществува.

Въпроси и отговори:

– Има живот на новооткритата планета? – Не е известно.

Традиционно „обитеаема зона“ около една звезда е зоната, в която равновесните температурни на планетите, които я обикалят, ще са такива, че да позволят наличието на течна вода, т.е. ще са между нула и сто градуса Целзий. За Слънцето, което е много по-горещо и дава на планетите си повече енергия, обитаемата зона е по-далече и се намира приблизително между орбитите на Венера и Марс, но Венера е вече твърде гореща, а Марс е твърде студен. За Проксима в тази зона ще се намират планети с периоди между около 4 и 14 дни, но тези граници са размити, защото тяхното положение зависи не само от енергията, която планетите получават от звездата, а и от размера и масата на самите планети, от вида на повърхността и от характера на атмосферата им. В това отношение фактори са: отражателната способност, т.е. доколко повърхността на планетата отразява и доколко поглъща светлината на звездата; дали има парников ефект – ако Марс беше по-голям, на него би могъл да се поддържа парников ефект и съответно да има условия за наличие на течна вода.

Условията за обитаемост не зависят само от наличието на течна вода. Студени звезди от спектрален клас М като Проксима имат активни атмосфери. Това означава, че повърхността им често е покрита с петна, много повече и много по-големи от слънчевите петна. Петната са свързани с активност с чести избухвания и повишено ултравиолетово и рентгеново излъчване. С други думи, повърхността на планетата е бомбандирана със смъртоносна (за нас) радиация. Подобни обстоятелства правят живот – още веднъж подчертавам, живот като нашия – лошо приспособен за тази планета.

– Можем ли да посетим новооткритата планета? – Теоретично, да. Но да не забравяме, че Проксима е толкова далече от нас, че светлината от нея достига до Слънцето за около 4.2 години. Със съвременните химически ракетни технологии изпращането дори на автоматична станция до там ще изисква 70-80 хиляди години. Проектът Старчип (http://breakthroughinitiatives.org/Initiative/3; https://en.wikipedia.org/wiki/StarChip_%28spacecraft%29), който предвижда пътуване със скорост 15-20% от скоростта на светлината, в случай на успех, може да изпрати автомати до Проксима за 20-30 години. На този етап за пилотирана експедиция е трудно да се правят каквито и да е предположения.

– Може ли да видим новооткритата планета? Какво е това откритие без снимка? – За съжаление планетата е прекалено близо до звездата, за да бъде наблюдавана пряко: при радиус на орбитата 0.05 астрономически единици (една астрономическа единица е равна на радиуса на земната орбита, около 150 милиона километра), се вижда от разстояние от 1.3 парсека (около 4.2 светлинни годни) като ъгъл от около 0.04 ъглови секунди (1 ъглова секунда е равна на 1/3600 част от градуса). Най-добрите от съвременните телескопи могат да разграничат два обекта само ако те са на ъглово разстояние по-голямо от около 0.1 ъглова секунда и то ако яркостите им не са прекалено различни. Обаче следващото поколение инструменти, особено космическите коронографи вероятно ще могат. Нещо повече, много е вероятно откриването на тази планета ще ускори построяването на подобни инструменти, така че не е изключено след едно или две десетилетия да разполагаме със снимки на новооткритата планета.

– Каква е връзката на ЕСО (Европейската Южна Обсерватория; http://www.eso.org/public/) с това откритие? – Проектът „Бледа червена точка“ използва два спектрографа на ЕСО, за да мери радиалната скорост на Проксима: UVES (http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/uves.html) и HARPS (http://www.eso.org/sci/facilities/lasilla/instruments/harps.html). Фотометричните наблюдения използват други, по-малки телескопи в Чили.

– Вие имате ли нещо общо с това откритие? – Не, аз не съм свързан по никакъв начин с проекта „Бледа червена точка“ и не сътруднича с нито един от участниците в него по никакви други проекти; служител съм на ЕСО, но работата ми не е свързана с нито един от използваните инструменти. С други думи, нямам конфликт на интереси.

Материали за пресата:

– съобщение за пресата на ЕСО: http://www.eso.org/public/news/eso1629/?lang и в „детска“ версия: http://www.eso.org/public/news/eso1629/kids/?lang

– научна статия с сп. Nature: http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1629/eso1629a.pdf

– видео с обяснения: https://www.eso.org/public/videos/eso1629a/

Любопитно: Проксима често се появява в научно-фантастичните произведения: https://en.wikipedia.org/wiki/Stars_and_planetary_systems_in_fiction#Proxima_Centauri_.28Alpha_Centauri_C.29

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Press release: Planet-like object may have spent its youth as hot as a star


WISE J030449.03-270508.3 belongs to a class of cold, extremely low mass objects, known as Y dwarfs. Only about twenty of those are known, and this one shows a peculiar spectrum suggesting that it may be metal-poor and/or older than previously identified Y0 dwarfs. It was discovered and studies by an international group of astronomers, including myself.

A link to the press release: http://www.ras.org.uk/news-and-press/2493-planet-like-object-may-have-spent-its-youth-as-hot-as-a-star

A link to the paper (accepted for publication in MNRAS): http://adsabs.harvard.edu/abs/2014arXiv1408.0284P

A full text pdf is publicly accessible at: http://arxiv.org/abs/1408.0284

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Time magazine covers our results: finding a sub-stellar mass companion candidate in a nearby binary dwarf system


http://science.time.com/2013/12/17/very-sad-planet-orbits-very-sad-star/

More coverage:
http://www.spacedaily.com/reports/Nearby_failed_stars_may_harbor_planet_999.html

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Carnegie Observatories Press release: Nearby Failed Stars May Harbor Planet


http://obs.carnegiescience.edu/content/nearby-failed-stars-may-harbor-planet

Pasadena, CA— Astronomers, including Carnegie’s Yuri Beletsky, took precise measurements of the closest pair of failed stars to the Sun, which suggest that the system harbors a third, planetary-mass object.The research is published as a letter to the editor in Astronomy & Astrophysics available online at http://arxiv.org/abs/1312.1303.
Failed stars are known as brown dwarfs and have a mass below 8% of the mass of the Sun—not massive enough to burn hydrogen in their centers. This particular system, Luhman 16AB, was discovered earlier this year and is only 6.6 light-years away.
After the discovery announcement, several teams of astronomers, including the one with Beletsky, used a variety of telescopes to characterize the neighbouring couple.
After two-months of observations and extensive data analysis, Beletsky’s team, led by Henri Boffin of the European Southern Observatory (ESO), found that both objects have a mass between 30 and 50 Jupiter masses. By comparison, the Sun has a mass of about 1,000 Jupiter masses.
The two brown dwarfs are separated by about three times the distance between the Earth and the Sun. Binary brown dwarf systems are gravitationally bound and orbit about each other. Because these two dwarfs have so little mass, they take about 20 years to complete one orbit,” explained Beletsky.
The team used the FORS2 instrument on ESO’s Very Large Telescope at Paranal to image the brown dwarf couple in the best possible conditions, every 5 or 6 days over the period April 14, to June 22, 2013. Because of the instrument enabled the observers to make very precise measurements, the scientists were already able to detect tiny displacements of the two objects in their orbit during only this the two-month period.
The astronomers were able to measure the positions of the two brown dwarfs with ten times better accuracy than before and thereby detect even small perturbations of their orbit.
“We have been able to measure the positions of these two objects with a precision of a few milli-arcseconds,” said Boffin. “That is like a person in Paris being able to measure the position of someone in New York with a precision of 10 centimetres.”
The measurements were so fine that the astronomers were able to see some very small deviations from the expected motion of the two brown dwarfs around each other. The fact that the deviations appear correlated is a strong indication that a companion perturbs the motion of one of the two brown dwarfs. This companion is most likely a planetary-mass object, which has an orbital period between two months and a year.“Further observations are required to confirm the existence of a planet,” concludes Boffin. “But it may well turn out that the closest brown dwarf binary system to the Sun turns out to be a triple system!”
__________________
The team is composed of Henri Boffin, Kora Muzic, Valentin Ivanov, Andrea Mehner, Jean-Philippe Berger, Julien Girard, and Dimitri Mawet (ESO, Chile), Dimitri Pourbaix (Université Libre de Bruxelles, Belgium), Rudy Kurtev (Universidad de Valparaiso, Chile), and Yuri Beletsky (Carnegie Observatories at Las Campanas Observatory, Chile).

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science