PHƯƠNG PHáP HìNH ẢNH TRỰC TIẾP Là Gì?

Send

Chào mừng bạn quay trở lại phần mới nhất trong loạt bài về phương pháp săn Exoplanet của chúng tôi. Ngày nay chúng ta bắt đầu với phương pháp rất khó, nhưng rất hứa hẹn được gọi là Chụp ảnh trực tiếp.

Trong vài thập kỷ qua, số lượng các hành tinh được phát hiện ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta đã tăng lên nhờ những bước nhảy vọt. Tính đến ngày 4 tháng 10 năm 2018, tổng cộng 3.869 ngoại hành tinh đã được xác nhận trong 2.887 hệ thống hành tinh, với 638 hệ thống lưu trữ nhiều hành tinh. Thật không may, do những hạn chế mà các nhà thiên văn học đã buộc phải tranh cãi, phần lớn trong số này đã được phát hiện bằng các phương pháp gián tiếp.

Cho đến nay, chỉ có một số ít các hành tinh được phát hiện bằng cách chụp ảnh khi chúng quay quanh các ngôi sao của chúng (hay còn gọi là Chụp ảnh trực tiếp). Mặc dù thách thức so với các phương pháp gián tiếp, phương pháp này hứa hẹn nhất khi mô tả đặc điểm khí quyển của các ngoại hành tinh. Cho đến nay, 100 hành tinh đã được xác nhận trong 82 hệ hành tinh sử dụng phương pháp này và nhiều hành tinh khác dự kiến sẽ được tìm thấy trong tương lai gần.

Sự miêu tả:

Đúng như tên gọi, Direct Imaging bao gồm chụp trực tiếp hình ảnh của các ngoại hành tinh, điều này có thể bằng cách tìm kiếm ánh sáng phản chiếu từ bầu khí quyển hành tinh ở bước sóng hồng ngoại. Lý do cho điều này là bởi vì ở bước sóng hồng ngoại, một ngôi sao chỉ có khả năng sáng hơn khoảng 1 triệu lần so với hành tinh phản xạ ánh sáng, chứ không phải là một tỷ lần (thường là trường hợp ở bước sóng thị giác).

Một trong những lợi thế rõ ràng nhất của Chụp ảnh trực tiếp là nó ít bị dương tính giả. Trong khi Phương thức Chuyển tuyến có xu hướng dương tính giả trong tối đa 40% các trường hợp liên quan đến một hệ hành tinh duy nhất (bắt buộc phải quan sát theo dõi), các hành tinh được phát hiện bằng Phương pháp Vận tốc xuyên tâm yêu cầu xác nhận (do đó tại sao nó thường được ghép nối với Phương thức Chuyển tuyến) . Ngược lại, Direct Imaging cho phép các nhà thiên văn học thực sự nhìn thấy các hành tinh mà họ đang tìm kiếm.

Mặc dù cơ hội sử dụng phương pháp này là rất hiếm, nhưng bất cứ nơi nào có thể phát hiện trực tiếp, nó có thể cung cấp cho các nhà khoa học thông tin có giá trị trên hành tinh. Ví dụ, bằng cách kiểm tra quang phổ phản xạ từ bầu khí quyển hành tinh, các nhà thiên văn học có thể thu được thông tin quan trọng về thành phần của nó. Thông tin này là bản chất để mô tả đặc tính ngoại hành tinh và xác định xem nó có khả năng ở được không.

Trong trường hợp của Fomalhaut b, phương pháp này cho phép các nhà thiên văn học tìm hiểu thêm về sự tương tác của hành tinh với đĩa bảo vệ ngôi sao Star, đặt các ràng buộc trên khối hành tinh và xác nhận sự hiện diện của một hệ thống vành đai lớn. Trong trường hợp HR 8799, lượng bức xạ hồng ngoại phản xạ từ bầu khí quyển exoplanet của nó (kết hợp với các mô hình hình thành hành tinh) đã đưa ra ước tính sơ bộ về khối lượng hành tinh.

Hình ảnh trực tiếp hoạt động tốt nhất cho các hành tinh có quỹ đạo rộng và đặc biệt lớn (như người khổng lồ khí). Nó cũng rất hữu ích trong việc phát hiện các hành tinh được đặt ở vị trí trực diện, có nghĩa là chúng không di chuyển trước ngôi sao so với người quan sát. Điều này làm cho nó miễn phí với vận tốc hướng tâm, có hiệu quả nhất trong việc phát hiện các hành tinh là góc cạnh trên đỉnh, nơi các hành tinh thực hiện quá cảnh ngôi sao của chúng.

So với các phương pháp khác, Chụp ảnh trực tiếp khá khó khăn vì ánh sáng hiệu ứng che khuất từ một ngôi sao có. Nói cách khác, rất khó để phát hiện ánh sáng được phản chiếu từ bầu khí quyển hành tinh khi ngôi sao mẹ của nó sáng hơn rất nhiều. Do đó, cơ hội cho hình ảnh trực tiếp là rất hiếm khi sử dụng công nghệ hiện tại.

Đối với hầu hết các phần, các hành tinh chỉ có thể được phát hiện bằng phương pháp này khi chúng quay quanh ở khoảng cách rất xa so với các ngôi sao của chúng hoặc đặc biệt lớn. Điều này khiến nó rất hạn chế khi tìm kiếm các hành tinh trên mặt đất (hay còn gọi là hành tinh giống Trái đất) có quỹ đạo gần với các ngôi sao của chúng (tức là trong khu vực có thể ở ngôi sao ngôi sao của chúng). Do đó, phương pháp này không đặc biệt hữu ích khi tìm kiếm các ngoại hành tinh có thể ở được.

Ví dụ về khảo sát hình ảnh trực tiếp:

Phát hiện ngoại hành tinh đầu tiên được thực hiện bằng kỹ thuật này xảy ra vào tháng 7 năm 2004, khi một nhóm các nhà thiên văn học sử dụng Mảng kính thiên văn rất lớn của Đài thiên văn Nam châu Âu (ESO) để chụp ảnh một hành tinh nhiều lần khối lượng Sao Mộc gần 2M1207 - một sao lùn nâu nằm cách Trái đất khoảng 200 năm ánh sáng.

Năm 2005, các quan sát tiếp theo đã xác nhận quỹ đạo exoplanet này khoảng 2M1207. Tuy nhiên, một số người vẫn hoài nghi rằng đây là trường hợp đầu tiên của Trực tiếp hình ảnh trực tiếp, vì độ sáng thấp của sao lùn nâu là điều khiến cho việc phát hiện hành tinh có thể xảy ra. Ngoài ra, vì nó quay quanh một sao lùn nâu đã khiến một số người cho rằng người khổng lồ khí không phải là một hành tinh thích hợp.

Vào tháng 9 năm 2008, một vật thể được chụp với khoảng cách 330 AU xung quanh ngôi sao chủ của nó, 1RXS J160929.1? 210524 - nằm cách chòm sao Scorpius khoảng 470 năm ánh sáng. Tuy nhiên, mãi đến năm 2010, nó mới được xác nhận là một hành tinh và là bạn đồng hành với ngôi sao.

Vào ngày 13 tháng 11 năm 2008, một nhóm các nhà thiên văn học đã thông báo rằng họ đã chụp được những hình ảnh của một ngoại hành tinh quay quanh ngôi sao Fomalhaut bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble. Phát hiện này được thực hiện nhờ vào đĩa khí và bụi dày bao quanh Fomalhaut, và rìa bên trong sắc nét cho thấy một hành tinh đã dọn sạch các mảnh vỡ ra khỏi đường đi của nó.

Các quan sát tiếp theo với Hubble đã tạo ra hình ảnh của đĩa, cho phép các nhà thiên văn học định vị hành tinh. Một yếu tố góp phần khác là thực tế là hành tinh này, có khối lượng gấp đôi sao Mộc, được bao quanh bởi một hệ thống vành đai dày hơn nhiều lần so với các vòng Saturn, khiến hành tinh này phát sáng khá mạnh dưới ánh sáng thị giác.

Cùng ngày, các nhà thiên văn học sử dụng kính viễn vọng từ cả Đài thiên văn Keck và Đài thiên văn Song Tử tuyên bố rằng họ đã chụp được 3 hành tinh quay quanh HR 8799. Các hành tinh này có khối lượng 10, 10 và 7 lần so với Sao Mộc, đều được phát hiện trong hồng ngoại bước sóng. Điều này được cho là do HR 8799 là một ngôi sao trẻ và các hành tinh xung quanh nó được cho là vẫn giữ được một phần sức nóng của sự hình thành của chúng.

Năm 2009, phân tích các hình ảnh có từ năm 2003 đã tiết lộ sự tồn tại của một hành tinh quay quanh Beta Pictoris. Vào năm 2012, các nhà thiên văn học sử dụng Kính thiên văn Subaru tại Đài thiên văn Mauna Kea đã công bố hình ảnh của một Siêu sao Mộc (với khối lượng 12,8 sao Mộc) quay quanh ngôi sao Kappa Andromedae ở khoảng cách khoảng 55 AU (gần gấp đôi khoảng cách của Sao Hải Vương từ khoảng cách khoảng 55 AU Mặt trời).

Các ứng cử viên khác đã được tìm thấy trong nhiều năm, nhưng cho đến nay, họ vẫn chưa được xác nhận là hành tinh và có thể là sao lùn nâu. Tổng cộng, 100 ngoại hành tinh đã được xác nhận bằng phương pháp Chụp ảnh trực tiếp (khoảng 0,3% trong số tất cả các ngoại hành tinh được xác nhận), và đại đa số là những người khổng lồ khí quay quanh khoảng cách rất xa so với các ngôi sao của họ.

Tuy nhiên, điều này dự kiến sẽ thay đổi trong tương lai gần khi kính thiên văn thế hệ tiếp theo và các công nghệ khác trở nên có sẵn. Chúng bao gồm các kính viễn vọng trên mặt đất được trang bị quang học thích nghi, chẳng hạn như Kính thiên văn Ba mươi mét (TMT) và Kính thiên văn Magellan (GMT). Chúng cũng bao gồm các kính viễn vọng dựa vào phương pháp vành (như Kính thiên văn vũ trụ James Webb (JWST), trong đó một thiết bị bên trong kính viễn vọng được sử dụng để chặn ánh sáng từ một ngôi sao.

Một phương pháp khác đang được phát triển được gọi là ‘starhade, một thiết bị được định vị để chặn ánh sáng từ một ngôi sao trước khi nó đi vào kính viễn vọng. Đối với một kính viễn vọng dựa trên không gian tìm kiếm các ngoại hành tinh, một ngôi sao sẽ là một tàu vũ trụ riêng biệt, được thiết kế để đặt chính nó ở khoảng cách và góc phù hợp để chặn ánh sáng của các nhà thiên văn học đang quan sát.

Chúng tôi có nhiều bài viết thú vị về săn bắn ngoại hành tinh ở đây tại Tạp chí Không gian. Ở đây, Phương thức vận chuyển là gì?, Phương pháp vận tốc xuyên tâm là gì?, Phương pháp vi phân hấp dẫn là gì?, Và Vũ trụ Kepler: Vũ trụ trong thiên hà của chúng ta nhiều hơn sao.

Astronomy Cast cũng có một số tình tiết thú vị về đề tài này. Tại đây Tập 367: Spitzer thực hiện Exoplanets và Tập 512: Hình ảnh trực tiếp của ngoại hành tinh.

Để biết thêm thông tin, hãy chắc chắn kiểm tra trang NASA của NASA trên Khám phá Exoplanet, trang Cộng đồng hành tinh trên hành tinh ngoài hành tinh và Lưu trữ Exoplanet của NASA / Caltech.

Nguồn: