Trong vài thập kỷ qua, số lượng các hành tinh ngoài mặt trời đã được phát hiện và xác nhận đã tăng theo cấp số nhân. Hiện tại, sự tồn tại của 3.778 ngoại hành tinh đã được xác nhận trong 2.818 hệ thống hành tinh, với thêm 2.737 ứng cử viên đang chờ xác nhận. Với khối lượng hành tinh này có sẵn để nghiên cứu, trọng tâm của nghiên cứu ngoại hành tinh đã bắt đầu chuyển từ phát hiện sang đặc tính hóa.
Ví dụ, các nhà khoa học ngày càng quan tâm đến việc mô tả khí quyển của các ngoại hành tinh để họ có thể tự tin nói rằng họ có các thành phần phù hợp cho sự sống (ví dụ: nitơ, carbon dioxide, v.v.). Thật không may, điều này là rất khó sử dụng các phương pháp hiện tại. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế, các công cụ thế hệ tiếp theo dựa vào hình ảnh trực tiếp sẽ là một công cụ thay đổi cuộc chơi.
Nghiên cứu, hình ảnh trực tiếp trong ánh sáng phản xạ: Đặc trưng của các ngoại hành tinh cũ, ôn hòa với Kính viễn vọng 30 m, xuất hiện gần đây trên mạng. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Michael Fitzgerald và Ben Mazin - một giáo sư vật lý thiên văn tại Đại học California Los Angeles (UCLA) và Chủ tịch tồi tệ nhất về Vật lý Thực nghiệm tại Đại học California Santa Barbara (UCSB), tương ứng.
Họ được tham gia bởi các nhà nghiên cứu từ Viện nghiên cứu về ngoại hành tinh (iREX) của Đại học Montreal, Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA, Đài quan sát Carnegie, Đài quan sát Steward, Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản, Viện công nghệ Massachusetts (MIT), California Viện Công nghệ (Caltech), và nhiều trường đại học.
Như họ chỉ ra trong nghiên cứu của họ, khả năng mô tả các ngoại hành tinh của chúng ta hiện bị hạn chế. Chẳng hạn, các phương pháp hiện tại của chúng tôi - được sử dụng rộng rãi nhất là Phương pháp vận chuyển và vận tốc xuyên tâm - đã dẫn đến hàng ngàn hành tinh trong thời gian ngắn được phát hiện (các hành tinh quay gần mặt trời của chúng trong khoảng thời gian khoảng 10 ngày). Tuy nhiên, độ nhạy của các phương pháp này bắt đầu giảm đáng kể khi ngoại hành tinh càng xa mặt trời của nó.
Hơn nữa, các hành tinh trong thời gian dài cũng không thể tiếp cận được khi có liên quan đến quang phổ của chúng. Kiểu phân tích này liên quan đến việc đo ánh sáng đi qua bầu khí quyển hành tinh khi nó truyền qua từ ngôi sao của nó. Bằng cách đo quang phổ của nó để xác định thành phần của nó, các nhà khoa học có thể mô tả bầu khí quyển exoplanet và xác định xem một hành tinh trên thực tế có thể ở được hay không.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đề xuất rằng phát hiện trực tiếp (hay còn gọi là hình ảnh trực tiếp) sẽ là một phương pháp hiệu quả hơn để mô tả đặc điểm khí quyển của các ngoại hành tinh. Như Tiến sĩ Étienne Artigau, một nhà nghiên cứu iREX và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã giải thích với Tạp chí Không gian qua email (dịch từ tiếng Pháp)
Hiện tại không có hành tinh nào được phát hiện trong ánh sáng phản xạ ánh sáng. Khi chúng ta nhìn thấy các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta, đó là bởi vì chúng được chiếu sáng bởi Mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy chúng. Theo cách tương tự, các hành tinh của các ngôi sao khác phản chiếu ánh sáng và phải có khả năng phát hiện ánh sáng này bằng kính viễn vọng đủ mạnh. Tỷ lệ từ thông giữa các hành tinh và ngôi sao của chúng là rất lớn, ở mức 1 tỷ, so với các hành tinh được phát hiện bởi sự phát xạ nhiệt của chúng, hoặc tỷ lệ này thay vì là 1 triệu.
Hiện nay, hình ảnh trực tiếp là phương tiện duy nhất để thu được quang phổ của các ngoại hành tinh không chuyển tiếp, đặc biệt là những hình ảnh ở khoảng cách trung gian và rộng từ mặt trời của chúng. Trong trường hợp này, các nhà thiên văn học thu được quang phổ từ ánh sáng phản xạ từ bầu khí quyển exoplanet để xác định thành phần của nó. Cho đến nay, chỉ có một số ngoại hành tinh được chụp trực tiếp, tất cả đều là siêu sao Mộc tự phát sáng quay quanh các ngôi sao chủ của chúng ở khoảng cách hàng trăm hoặc hàng nghìn AU.
Những hành tinh này còn rất trẻ và có nhiệt độ vượt quá 500 ° C (932 ° F), khiến chúng trở thành một lớp hành tinh khá hiếm. Do đó, các nhà thiên văn học không có thông tin về sự đa dạng của khí quyển ngoại hành tinh, đặc biệt là khi nói đến các hành tinh đá nhỏ hơn, có nhiệt độ gần giống với Trái đất - nơi có nhiệt độ bề mặt trung bình khoảng 15 ° C (58,7 ° F).
Điều này là do thực tế là các kính viễn vọng hiện tại đơn giản là không có độ nhạy đối với hình ảnh trực tiếp các hành tinh nhỏ hơn quay quanh các ngôi sao. Như họ đã xác định trong nghiên cứu của mình, việc mô tả bầu khí quyển của các hành tinh nằm trong phạm vi 5 AU của các ngôi sao của họ (trong đó các cuộc khảo sát vận tốc hướng tâm đã tiết lộ nhiều hành tinh) sẽ cần một kính viễn vọng có khẩu độ 30 mét kết hợp với quang học thích nghi tiên tiến, một vành và bộ máy quang phổ và trí tưởng tượng.
Nói tóm lại, không có kính viễn vọng hiện tại nào có thể phát hiện ra các hành tinh này, thậm chí xung quanh các ngôi sao gần chúng ta nhất, nhưng có mọi lý do để tin rằng thế hệ kính viễn vọng tiếp theo có đường kính 30 m trở lên sẽ có thể làm như vậy, ông nói. Cổ điển. Không chắc chắn rằng người ta sẽ có thể phát hiện ra, ban đầu, các hành tinh như Trái đất, nhưng ít nhất một người sẽ có thể phát hiện các hành tinh có thể so sánh với Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, đó sẽ là một kết quả tuyệt vời.
Các cơ sở thế hệ tiếp theo và các thiết bị quang học thích ứng này bao gồm Máy ảnh hệ thống hành tinh (PSI) trên Kính viễn vọng ba mươi mét (TMT), được đề xuất xây dựng trên Mauna Kea, Hawaii. Và có một thiết bị GMagAO-X trên Kính thiên văn Magellan khổng lồ (GMT), hiện đang được xây dựng tại Đài thiên văn Las Campanas và dự kiến hoàn thành vào năm 2025.
Như Artigau đã chỉ ra, các cuộc khảo sát được thực hiện với các thiết bị thế hệ tiếp theo này sẽ cho phép các nhà thiên văn học phát hiện và mô tả một loạt các hành tinh rộng hơn, cũng như cho phép tìm kiếm các dấu hiệu có thể có của sự sống (hay còn gọi là sinh trắc học), chưa từng có trước đây:
Điều này sẽ cho phép chúng ta nghiên cứu trực tiếp ánh sáng đến từ các hành tinh chỉ lớn hơn Trái đất một chút (và có thể giống như Trái đất nếu chúng ta lạc quan). Đây là một trong những cơ hội tốt nhất của chúng tôi để tìm kiếm chữ ký sự sống trong những bầu khí quyển này. Ngay cả khi chúng ta không tìm thấy chữ ký sự sống, nó sẽ giúp có thể hiểu toàn bộ các lớp hành tinh mà chúng ta thấy gián tiếp (quá cảnh, vận tốc hướng tâm) nhưng trong đó chúng ta không biết gì về Tầm quan trọng của hình ảnh trực tiếp là nó cho phép thăm dò trực tiếp bầu khí quyển, và thậm chí bề mặt của các hành tinh này. Việc bổ sung máy quang phổ độ phân giải cao cũng cung cấp ý tưởng về gió và lưu thông gió toàn cầu, cũng như thăm dò sự hiện diện của các phân tử khác nhau.
Tất nhiên, vẫn sẽ có những giới hạn đối với những gì các nhà khoa học có thể học bằng phương pháp hình ảnh trực tiếp, ngay cả với các thiết bị và kính viễn vọng thế hệ tiếp theo này theo ý của họ. Nhưng khả năng và ý nghĩa của nghiên cứu ngoại hành tinh là không có gì to lớn. Để bắt đầu, các nhà thiên văn học sẽ có thể hiểu rõ hơn về nhân khẩu học của các hành tinh đá nhỏ hơn, quay quanh các khu vực tương ứng với các ngôi sao của họ.
Artigua cho biết, việc phát hiện ra các hành tinh có khả năng có thể ở được, chắc chắn là trường hợp thú vị nhất ở đây, nhưng điều quan trọng cần ghi nhớ là nó sẽ vẫn còn khá khó khăn ngay cả với kính viễn vọng 30m. Khi chúng ta đưa ra một dự đoán thống kê, sẽ chỉ có một vài (có thể ít hơn 10) hành tinh trên mặt đất có thể truy cập được và sẽ có nhiệt độ tương đương với chúng ta.
Trong phạm vi các hành tinh này, Artigau và các đồng nghiệp có thể tưởng tượng ra một số tình huống thú vị. Ví dụ, một số có thể giống như sao Kim, nơi khí quyển dày đặc và quỹ đạo tương đối gần dẫn đến hiệu ứng nhà kính chạy trốn. Những người khác có thể giống như sao Hỏa, nơi gió mặt trời hoặc phun trào đã tước đi các hành tinh khí quyển. Ngoài ra, có thể có những hành tinh trên mặt đất mà chúng ta có thể bắt đầu tưởng tượng.
Tóm lại, các hành tinh có thể ở được rất có thể có trí tưởng tượng tốt hơn chúng ta, tiến sĩ Artiqau kết luận. Sự đa dạng của các ngoại hành tinh này cũng ngụ ý rằng chúng ta phải cẩn thận khi dự đoán rằng nó sẽ có thể ở được.
Điểm mấu chốt là chúng ta có thể làm những điều tuyệt vời trong nghiên cứu các ngoại hành tinh từ mặt đất với kính viễn vọng 30 m, nhưng cần đầu tư đáng kể vào công nghệ để sẵn sàng chế tạo những thiết bị này cho kính viễn vọng 30 m, Mazin nói thêm.
Nghiên cứu được thực hiện nhờ có sự hỗ trợ bổ sung của Hội đồng nghiên cứu quốc gia Canada (NRC) và Tập đoàn tổ chức kính viễn vọng khổng lồ Magellan (GMTO).
