직접 이미징 방법은 무엇입니까?

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Exoplanet-hunting 방법에 관한 시리즈의 최신 기사로 다시 오신 것을 환영합니다. 오늘 우리는 Direct Imaging으로 알려진 매우 어렵지만 유망한 방법으로 시작합니다.

지난 수십 년 동안 태양계 너머로 발견 된 행성의 수는 도약과 경계에 의해 성장했습니다. 2018 년 10 월 4 일 현재 2,887 개의 행성 시스템에서 총 3,869 개의 외계 행성이 확인되었으며 638 개의 시스템이 여러 행성을 호스팅합니다. 불행하게도, 천문학 자들이 겪어야하는 한계 때문에, 이들 중 대다수는 간접적 인 방법을 사용하여 감지되었습니다.

지금까지는 항성 (일명 직접 이미지)을 도는 이미지를 통해 소수의 행성 만 발견되었습니다. 간접적 방법에 비해 도전적이기는하지만,이 방법은 외계 행성의 분위기를 특성화 할 때 가장 유망합니다. 지금까지이 방법을 사용하여 82 개의 행성계에서 100 개의 행성이 확인되었으며 가까운 시일 내에 더 많은 행성이 발견 될 것으로 예상됩니다.

기술:

이름에서 알 수 있듯이 다이렉트 이미징은 외기 행성의 이미지를 직접 캡처하는 것으로 구성되는데, 이는 행성의 대기에서 반사 된 빛을 적외선 파장으로 검색하여 가능합니다. 그 이유는 적외선 파장에서 별이 10 억 배가 아닌 빛을 반사하는 행성보다 약 백만 배 더 밝을 가능성이 높기 때문입니다 (일반적으로 시각적 파장의 경우).

Direct Imaging의 가장 분명한 장점 중 하나는 오 탐지가 적다는 것입니다. 단일 행성 시스템 (사후 관찰이 필요함)과 관련하여 최대 40 %의 경우 통과 방법이 오탐 (false positive) 경향이있는 반면, 방사 속도 방법 (Radial Velocity Method)을 사용하여 탐지 된 행성은 확인이 필요합니다. . 대조적으로, 직접 이미징은 천문학 자들이 그들이 찾고있는 행성을 실제로 볼 수있게한다.

이 방법을 사용할 수있는 기회는 드물지만 직접 탐지 할 수있는 곳이라면 어디에서나 과학자에게 지구상에서 유용한 정보를 제공 할 수 있습니다. 예를 들어, 천문학 자들은 행성 대기에서 반사 된 스펙트럼을 조사함으로써 그 구성에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있습니다. 이 정보는 외계 행성 특성화 및 잠재적으로 거주 가능 여부를 결정하는 데 내재되어 있습니다.

Fomalhaut b의 경우,이 방법을 통해 천문학 자들은 행성의 별과 원반 행성 원반과의 상호 작용에 대해 더 배우고 행성의 질량에 제약을 가하고 거대한 고리 시스템이 있는지 확인할 수있었습니다. HR 8799의 경우, 외계 행성의 대기 (행성 형성 모델과 결합)에서 반사되는 적외선의 양은 지구 질량의 대략적인 추정치를 제공했습니다.

직접 이미징은 궤도가 넓고 특히 거대한 (예 : 가스 거인) 행성에 가장 적합합니다. 또한“얼굴 착”위치에있는 행성을 탐지하는 데 매우 유용합니다. 즉, 관측자와 관련하여 별 앞에서 이동하지 않습니다. 이것은 행성이 별을 통과하는 "가장자리에있는"행성을 탐지하는데 가장 효과적인 방사 속도에 보완 적입니다.

다른 방법과 비교하여, 직접 이미징은 별의 빛이 가려지는 효과 때문에 오히려 어렵습니다. 다시 말해, 부모의 별이 너무 밝을 때 행성 대기에서 반사되는 빛을 감지하는 것은 매우 어렵습니다. 결과적으로, 직접 이미징의 기회는 현재 기술을 사용하는 경우는 매우 드 rare니다.

대부분의 경우, 행성은 별과 먼 거리에서 공전하거나 특히 방대한 경우에만이 방법을 사용하여 탐지 할 수 있습니다. 이로 인해 별에 더 가까이 (즉, 별의 거주 가능 구역 내) 궤도를 도는 지구 (일명“지구와 비슷한”) 행성을 검색 할 때 매우 제한적입니다. 결과적으로이 방법은 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성을 검색 할 때 특히 유용하지 않습니다.

직접 이미징 조사의 예 :

이 기술을 사용한 최초의 외계 행성 탐지는 2004 년 7 월에 발생했으며, 한 천문학 자 그룹이 유럽 남부 관측소 (ESO) VLTA (Very Large Telescope Array)를 사용하여 2M1207에 근접한 목성 질량의 몇 배를 행성으로 촬영했을 때 – 지구에서 약 200 광년 떨어진 갈색 왜성.

2005 년에 추가 관측으로이 외계 행성의 궤도가 2M1207 주위에서 확인되었습니다. 그러나, 왜소한 난쟁이의 낮은 광도가 행성의 탐지를 가능하게했기 때문에 이것이 "직접 이미징"의 첫 번째 사례라는 것에 회의적인 의견을 남겼습니다. 또한, 왜소가 갈색 왜성 주위를 공전하기 때문에 가스 거인이 적절한 행성이 아니라고 주장하는 사람들이 있습니다.

2008 년 9 월, 전갈 자리 별자리에서 470 광년 떨어진 호스트 별 1RXS J160929.1? 210524를 중심으로 330AU의 간격을두고 물체를 촬영했습니다. 그러나 2010 년이 되어서야 행성과 별의 동반자로 확인되었습니다.

2008 년 11 월 13 일, 한 천문학 자 팀은 허블 우주 망원경을 사용하여 별 Fomalhaut를 도는 외계 행성의 이미지를 포착했다고 발표했다. 발견은 Fomalhaut를 둘러싼 두꺼운 가스와 먼지 디스크와 날카로운 내부 모서리 덕분에 행성이 경로에서 파편을 제거했음을 나타냅니다.

허블을 이용한 추적 관찰 결과, 천문학 자들이 행성을 찾을 수있는 디스크의 이미지가 생성되었습니다. 또 다른 기여 요인은 목성의 질량의 두 배인이 행성이 토성의 고리보다 몇 배 더 두꺼운 고리 계로 둘러싸여있어서 행성이 시각적으로 매우 밝게 빛나게한다는 사실입니다.

같은 날, eck 천문대와 쌍둥이 자리 천문대의 망원경을 사용하는 천문학 자들은 HR 8799를 공전하는 3 개의 행성을 촬영했다고 발표했습니다. 목성의 질량이 10, 10, 7 배인이 행성들은 모두 적외선으로 감지되었습니다. 파장. 이것은 HR 8799가 젊은 별이고 그 주위의 행성이 여전히 그들의 형성의 열을 약간 유지한다고 생각되기 때문입니다.

2009 년에 2003 년으로 거슬러 올라간 이미지를 분석 한 결과 행성 궤도를 도는 베타 Pictoris의 존재가 밝혀졌습니다. 2012 년, Mauna Kea Observatory에서 Subaru Telescope를 사용하는 천문학 자들은 별 Kappa Andromedae를 약 55AU (약 AUPS 거리에서 거의 두 배의 거리)에서 선회하는“Super-Jupiter”(12.8 목성 질량)의 영상을 발표했습니다. 태양).

다른 후보자들은 수년에 걸쳐 발견되었지만 지금까지 행성으로 확인되지 않은 채 남아 있으며 갈색 왜성 일 수 있습니다. 전체적으로, 100 개의 외계 행성이 직접 이미징 방법 (확인 된 모든 외계 행성의 약 0.3 %)을 사용하여 확인되었으며, 대다수는 별과 먼 거리에서 선회하는 가스 거인이었습니다.

그러나 이것은 차세대 망원경과 다른 기술을 사용할 수있게됨에 따라 가까운 미래에 바뀔 것으로 예상됩니다. 여기에는 TMT (Thirty Meter Telescope) 및 GMT (Magellan Telescope)와 같은 적응 형 광학 장치가 장착 된 지상 망원경이 포함됩니다. 또한 망원경 내부 장치가 별의 빛을 차단하는 데 사용되는 제임스 웹랩 우주 망원경 (JWST)과 같은 코로 노 그래피에 의존하는 망원경도 포함합니다.

개발중인 또 다른 방법은 망원경에 들어가기 전에 별의 빛을 차단하는 위치에있는 '스타 셰이드'라고합니다. 외계 행성을 찾고있는 우주 기반 망원경의 경우, 별 모양은 별 천문학 자들이 관찰 한 별빛을 차단하기 위해 적절한 거리와 각도에 위치하도록 설계된 별도의 우주선 일 것입니다.

우주 매거진에서 외계 행성 사냥에 관한 흥미로운 기사가 많이 있습니다. 여기에 통과 방법은 무엇입니까?, 방사 속도 방법은 무엇입니까?, 중력 마이크로 렌즈 방법은 무엇입니까? 그리고 케플러의 우주 : 별보다 우리 은하계에 더 많은 행성이 있습니다.

천문학 캐스트에는 주제에 관한 흥미로운 에피소드도 있습니다. 에피소드 367 : Spitzer는 Exoplanets를 수행하고 에피소드 512 : Exoplanets를 직접 이미징합니다.

자세한 내용은 Exoplanet Exploration의 NASA 페이지, Extrasolar Planets의 Planetary Society 페이지 및 NASA / Caltech Exoplanet Archive를 확인하십시오.

출처 :