PHƯƠNG PHáP VI PHâN HẤP DẪN Là Gì?

Send

Chào mừng bạn quay trở lại loạt bài của chúng tôi về các phương pháp săn bắn Exoplanet! Ngày nay, chúng ta nhìn vào phương pháp tò mò và độc đáo được gọi là Gravitational Microlensing.

Cuộc săn lùng các hành tinh ngoài mặt trời chắc chắn đã nóng lên trong thập kỷ qua. Nhờ những cải tiến về công nghệ và phương pháp, số lượng ngoại hành tinh đã được quan sát (tính đến ngày 1 tháng 12 năm 2017) đã đạt tới 3.710 hành tinh trong 2.780 hệ sao, với 621 hệ thống tự hào với nhiều hành tinh. Thật không may, do các giới hạn khác nhau, các nhà thiên văn buộc phải tranh cãi, đại đa số đã được phát hiện bằng các phương pháp gián tiếp.

Một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến hơn để phát hiện gián tiếp các ngoại hành tinh được gọi là Microlensing hấp dẫn. Về cơ bản, phương pháp này dựa vào lực hấp dẫn của các vật thể ở xa để uốn cong và tập trung ánh sáng đến từ một ngôi sao. Khi một hành tinh đi qua phía trước ngôi sao so với người quan sát (tức là thực hiện quá cảnh), ánh sáng giảm dần, sau đó có thể được sử dụng để xác định sự hiện diện của một hành tinh.

Về mặt này, Gravitational Microlensing là phiên bản thu nhỏ của Ống kính hấp dẫn, trong đó một vật thể can thiệp (như cụm thiên hà) được sử dụng để tập trung ánh sáng đến từ thiên hà hoặc vật thể khác nằm ngoài nó. Nó cũng kết hợp một yếu tố chính của Phương thức vận chuyển hiệu quả cao, trong đó các ngôi sao được theo dõi độ sáng để chỉ ra sự hiện diện của một hành tinh ngoại.

Sự miêu tả:

Theo lý thuyết Einstein về thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn làm cho cấu trúc không thời gian bị uốn cong. Hiệu ứng này có thể khiến ánh sáng bị ảnh hưởng bởi trọng lực của vật thể bị biến dạng hoặc bị uốn cong. Nó cũng có thể hoạt động như một thấu kính, khiến ánh sáng trở nên tập trung hơn và làm cho các vật ở xa (như sao) xuất hiện sáng hơn đối với người quan sát. Hiệu ứng này chỉ xảy ra khi hai ngôi sao gần như được căn chỉnh chính xác so với người quan sát (tức là một ngôi sao được đặt ở phía trước ngôi sao kia).

Các sự kiện ống kính của người Viking này rất ngắn gọn, nhưng rất phong phú, vì Trái đất và các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta luôn chuyển động tương đối với nhau. Trong thập kỷ qua, hơn một nghìn sự kiện như vậy đã được quan sát và thường kéo dài trong vài ngày hoặc vài tuần. Trên thực tế, hiệu ứng này đã được Sir Arthur Eddington sử dụng vào năm 1919 để cung cấp bằng chứng thực nghiệm đầu tiên cho Thuyết tương đối rộng.

Điều này diễn ra trong nhật thực ngày 29 tháng 5 năm 1919, nơi Eddington và một đoàn thám hiểm khoa học đi đến đảo Principe ngoài khơi bờ biển Tây Phi để chụp ảnh những ngôi sao hiện có thể nhìn thấy ở khu vực xung quanh Mặt trời. Các bức ảnh đã xác nhận dự đoán của Einstein bằng cách cho thấy ánh sáng từ những ngôi sao này bị dịch chuyển một chút khi phản ứng với trường hấp dẫn của Sun.

Kỹ thuật này ban đầu được đề xuất bởi các nhà thiên văn học Shude Mao và Bohdan Paczynski vào năm 1991 như một phương tiện tìm kiếm bạn đồng hành nhị phân cho các ngôi sao. Đề xuất của họ đã được Andy Gould và Abraham Loeb cải tiến vào năm 1992 như là một phương pháp phát hiện các ngoại hành tinh. Phương pháp này hiệu quả nhất khi tìm kiếm các hành tinh hướng về trung tâm thiên hà, vì phình thiên hà cung cấp một số lượng lớn các ngôi sao nền.

Ưu điểm:

Microlensing là phương pháp duy nhất được biết đến có khả năng khám phá các hành tinh ở khoảng cách rất xa so với Trái đất và có khả năng tìm ra những hành tinh nhỏ nhất. Trong khi Phương pháp Vận tốc xuyên tâm có hiệu quả khi tìm kiếm các hành tinh cách Trái đất tới 100 năm ánh sáng và Phương pháp trắc quang chuyển động có thể phát hiện các hành tinh cách xa hàng trăm năm ánh sáng, microlensing có thể tìm thấy các hành tinh cách xa hàng nghìn năm ánh sáng.

Trong khi hầu hết các phương pháp khác có xu hướng phát hiện đối với các hành tinh nhỏ hơn, thì phương pháp vi phân là phương tiện nhạy cảm nhất để phát hiện các hành tinh nằm cách các ngôi sao giống như Mặt trời khoảng 1-10. Microlensing cũng là phương tiện duy nhất được chứng minh để phát hiện các hành tinh có khối lượng thấp trong quỹ đạo rộng hơn, trong đó cả phương pháp vận chuyển và vận tốc hướng tâm đều không hiệu quả.

Kết hợp lại với nhau, những lợi ích này làm cho microlensing trở thành phương pháp hiệu quả nhất để tìm kiếm các hành tinh giống Trái đất xung quanh các ngôi sao giống như Mặt trời. Ngoài ra, các cuộc khảo sát vi mô có thể được gắn kết hiệu quả bằng cách sử dụng các cơ sở trên mặt đất. Giống như Phương pháp trắc quang chuyển tuyến, Phương pháp Microlensing được hưởng lợi từ thực tế là nó có thể được sử dụng để khảo sát hàng chục ngàn ngôi sao cùng một lúc.

Nhược điểm:

Vì các sự kiện vi điều khiển là duy nhất và không bị lặp lại, nên bất kỳ hành tinh nào được phát hiện bằng phương pháp này sẽ không thể quan sát được nữa. Ngoài ra, những hành tinh được phát hiện có xu hướng rất xa, điều này khiến cho các cuộc điều tra tiếp theo hầu như không thể. May mắn thay, phát hiện vi lọc thường không yêu cầu khảo sát tiếp theo vì chúng có tỷ lệ nhiễu tín hiệu rất cao.

Mặc dù xác nhận là không cần thiết, một số sự kiện vi lọc hành tinh đã được xác nhận. Tín hiệu hành tinh cho sự kiện OGLE-2005-BLG-169 được xác nhận bằng các quan sát của HST và Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Ngoài ra, các khảo sát vi điều khiển chỉ có thể đưa ra các ước tính sơ bộ về khoảng cách hành tinh, để lại sai số đáng kể.

Microlensing cũng không thể đưa ra ước tính chính xác về các đặc tính quỹ đạo của hành tinh, vì đặc tính quỹ đạo duy nhất có thể được xác định trực tiếp với phương pháp này là trục bán chính hiện tại của hành tinh. Như vậy, hành tinh Lốc với quỹ đạo lệch tâm sẽ chỉ có thể được phát hiện trong một phần nhỏ của quỹ đạo của nó (khi nó ở rất xa ngôi sao của nó).

Cuối cùng, microlensing phụ thuộc vào các sự kiện hiếm và ngẫu nhiên - sự đi qua của một ngôi sao chính xác trước một ngôi sao khác, như nhìn thấy từ Trái đất - khiến cho việc phát hiện cả hiếm và không thể đoán trước.

Ví dụ về khảo sát vi hấp dẫn:

Các khảo sát dựa trên Phương pháp Microlensing bao gồm Thí nghiệm thấu kính hấp dẫn quang học (OGLE) tại Đại học Warsaw. Được dẫn dắt bởi Andrzej Udalski, giám đốc Đài quan sát thiên văn của Đại học, dự án quốc tế này sử dụng kính viễn vọng 1,3 mét Warsaw Warsaw tại Las Campanas, Chile, để tìm kiếm các sự kiện vi điều khiển trong một khu vực gồm 100 ngôi sao xung quanh thiên hà.

Ngoài ra còn có nhóm Quan sát Microlensing trong Vật lý thiên văn (MOA), một nỗ lực hợp tác giữa các nhà nghiên cứu ở New Zealand và Nhật Bản. Được dẫn dắt bởi Giáo sư Yasushi Muraki của Đại học Nagoya, nhóm này sử dụng Phương pháp Microlensing để tiến hành khảo sát vật chất tối, các hành tinh ngoài mặt trời và bầu khí quyển sao từ bán cầu nam.

Và sau đó, LẬP TỨC CÁCH MẠNG Kính viễn vọng (PLANET), bao gồm năm kính viễn vọng dài 1 mét phân bố quanh bán cầu nam. Phối hợp với RoboNet, dự án này có thể cung cấp các quan sát gần như liên tục cho các sự kiện vi điều khiển gây ra bởi các hành tinh có khối lượng thấp như Trái đất.

Cuộc khảo sát nhạy cảm nhất cho đến nay là Mạng Kính viễn vọng Microlensing Hàn Quốc (KMTNet), một dự án do Viện Khoa học Thiên văn và Vũ trụ Hàn Quốc (KASI) khởi xướng vào năm 2009. KMTNet dựa vào các thiết bị tại ba đài quan sát phía Nam để cung cấp giám sát liên tục 24 giờ phình thiên hà, tìm kiếm các sự kiện vi điều khiển sẽ chỉ đường tới các hành tinh có khối lượng lớn trên trái đất quay quanh các khu vực có thể ở được của chúng.

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về phát hiện ngoại hành tinh ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Đây là các hành tinh ngoài mặt trời là gì?, Phương pháp vận chuyển là gì?, Phương pháp vận tốc xuyên tâm là gì?, Thấu kính hấp dẫn là gì? và Vũ trụ Kepler: Các hành tinh trong thiên hà của chúng ta nhiều hơn các vì sao

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.

Astronomy Cast cũng có các tập liên quan về chủ đề này. Ở đây Tập Tập 208: Kính thiên văn vũ trụ Spitzer, Tập 337: Quang trắc học, Tập 364: Nhiệm vụ CoRoT và Tập 367: Spitzer không ngoại hành tinh.

Nguồn: