Exoplanetas
Los exoplanetas son planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. Tan pronto como surgieron las ideas de que las estrellas del cielo nocturno son soles distantes, comenzaron a hablar sobre la posibilidad de la existencia de planetas a su alrededor y la vida en estos cuerpos. Sin embargo, una cosa es razonar y otra descubrir. Dado que los planetas son mucho más ligeros que las estrellas y emiten menos luz, abrirlos es muy, muy difícil. A pesar de los intentos individuales, el éxito llegó solo a fines del siglo XX.A finales de los años 80, varias técnicas de observación habían alcanzado la precisión requerida, y a principios de los 90 comenzaron a descubrirse exoplanetas. Ahora se conocen varios miles de planetas, y su número está creciendo. Resultó que otros sistemas planetarios y sus miembros pueden diferir significativamente de lo que vemos en nuestro sistema. Se ha abierto un abismo, el exoplaneta está lleno. Y ahora necesitamos entender cómo están organizados todos estos objetos, cómo se formaron, cómo evolucionarán. Sobre este, quizás, el campo de astrofísica más "vivo" de nuestro curso.Conferencia No. 1: ¿Cómo se registran los exoplanetas?
Tan pronto como la gente comenzó a adivinar que las estrellas son soles distantes, surgió una idea natural: una vez que los planetas giran alrededor de nuestro Sol, entonces también debe haber planetas alrededor de otras estrellas. Ahora es a estos planetas a los que llamamos exoplanetas: planeta extra solar (planetas extrasolares ). Y, en principio, la gente comenzó a pensar hace mucho tiempo cómo abrir planetas para otras estrellas. Esto es difícil por dos razones: en primer lugar, el planeta en sí es pequeño, brilla muy mal y solo con luz reflejada, es difícil notarlo, es aún más difícil notarlo, porque está al lado de una estrella muy brillante. A menudo sucede que podríamos ver el exoplaneta en sí mismo si tuviera exactamente el mismo brillo en un lugar vacío, pero la luz brillante de una estrella muy cercana nos impide hacerlo.La cuestión de qué exoplaneta se descubrió por primera vez es bastante compleja. Simplemente no hay una respuesta clara para ello. Por un lado, podemos decir que el primer exoplaneta alrededor de una estrella, algo similar al Sol, se descubrió en 1995, un descubrimiento confiable de un exoplaneta en una estrella de tipo solar. Sin embargo, en 1992, utilizando una técnica completamente diferente, las personas descubrieron varios exoplanetas, pero no alrededor de una estrella ordinaria, sino alrededor de una estrella de neutrones: un púlsar de radio. Alguien cree que a partir de este momento puede contar la historia exoplanetaria, alguien cree que estos son animales completamente diferentes, porque la estrella no es como el Sol, y los planetas probablemente se formaron después de la explosión de supernova. sustancia que fue arrojada por una supernova. Pero incluso la historia no termina ahí. En 1988, apareció una declaración de un grupo de astrónomos queque pueden haber descubierto un exoplaneta, pero la precisión de la observación no fue suficiente. Y solo después de unos 15 años, este descubrimiento se confirmó cuando el recuento de los planetas ya fue de muchas decenas. Entonces, por un lado, podemos decir que en 1988 se descubrió el primer exoplaneta, pero no había certeza. Y la historia no termina ahí. En 1989, las personas anunciaron que vieron con absoluta precisión un satélite de baja masa en una estrella normal, similar al Sol. Pero la dificultad es que necesitas determinar qué es un planeta. Hay planetas, hay estrellas, entre ellos hay otro tipo de objeto llamado enanas marrones: son más pesados que los planetas, pero más ligeros que las estrellas, hay reacciones termonucleares, pero estas no son reacciones de la conversión de hidrógeno en helio, lo que permite que las estrellas normales irradien mucha energía. Entonces, todavía no sabemossi el objeto descubierto en 1989 es un exoplaneta muy pesado o una enana marrón muy clara. Entonces la historia es bastante confusa. Sorprendentemente, en la década de 1980-1990, varios métodos permitieron simultáneamente el descubrimiento de exoplanetas. Bastante sorprendente coincidencia. Hablaremos sobre estos diferentes métodos.El primer exoplaneta confiable de una estrella como el Sol se descubrió de esta manera: por lo general, si nos acercamos a alguien en la calle y preguntamos: "¿Qué gira en torno a: la Tierra alrededor del Sol o el Sol alrededor de la Tierra?", Si nos responden: "La Tierra alrededor del Sol". ", Asentimos, y si dicen:" El sol está alrededor de la tierra ", señalaremos con los dedos y reiremos, pero podemos encontrar la respuesta de que ambos giran en torno a un centro de masa común. ¡Y esta es realmente la respuesta correcta! A menudo no pensamos en el hecho de que la Tierra nos atrae, pero atraemos a la Tierra con exactamente la misma fuerza. Es solo que la Tierra es muy pesada, y cuando saltamos, la desplazamos ligeramente, pero si aumenta tu autoestima, entonces, realmente, saltando, desplazas un poco la Tierra. Del mismo modo, el planeta, girando alrededor de la estrella, hace que la estrella se mueva un poco, y esto se puede notar.La gente entendió esto por mucho tiempo. ¿Qué querías ver? Obtenemos el espectro de una estrella con una precisión muy alta, vemos líneas espectrales, si la estrella se mueve hacia nosotros, entonces todas las líneas cambian a la región azul del espectro, si es de nosotros, luego al rojo. Esto es en el caso más simple cuando hay una estrella y hay un planeta o, si lo desea, el más pesado. Si miras el sistema solar desde la distancia, entoncesafecta al Sol más que a todos los demás planetas. Veríamos que con el período de la revolución de Júpiter, el Sol se acerca a un observador distante, luego se aleja, y por la estricta periodicidad del proceso podríamos adivinar que se trata realmente de algún tipo de satélite invisible, y no, por ejemplo, la pulsación del Sol u otra cosa. . Por lo tanto, era necesario aprender a medir estas velocidades con mucha precisión y, además, hacerlo durante mucho tiempo. ¿Cuál es el problema con el tiempo? Por ejemplo, tiene un reloj que funciona con mucha precisión. Digamos que se van en menos de un segundo por día. Bueno Un año pasa. ¿Puede usted, sin perder el tiempo, por ejemplo, si está sentado en una isla desierta y no tiene ningún medio de comunicación, aún así determinar con precisión la hora con una precisión de un segundo? Parece, digamos, que están detrás de ti por un segundo. Ha pasado un año. Contabas 365 segundos y de nuevo piensasque sabes el tiempo para el segundo. Esto no es del todo cierto, ya que puede haber cierta heterogeneidad del curso. Esto no siempre es exactamente un segundo por día. Lo mismo con la medición de espectros. Finalmente, a fines de la década de 1980, la gente aprendió a resolver este problema en 1995, y fue así como se descubrió el primer exoplaneta. Luego, las personas midieron velocidades del orden de 5-10 metros por segundo. Según los estándares modernos, esto es bastante.Segundo método
La segunda forma de descubrir exoplanetas. Imagine que en algún momento el planeta pasa exactamente entre nosotros y la estrella. Casi lo mismo que mirar el sol, de vez en cuando, vemos a Venus o Mercurio pasar a través del disco del Sol. Que va a pasar No vemos el planeta, no vemos ninguna mancha oscura en la estrella, pero vemos que el brillo de la estrella ha disminuido ligeramente. El disco de la estrella es brillante y el planeta está oscuro. Imagine que estamos observando una estrella y medimos con precisión su brillo. No vemos el disco de la estrella, no vemos ningún detalle, pero al medir el brillo con alta precisión, vemos que el brillo disminuye un poco. De hecho, un poco: puede ser una diezmilésima o varias diezmilésimas. Si esto sucede periódicamente, entonces la única razón razonable es el paso del planeta a través del disco de una estrella. Dichos planetas se llaman planetas de tránsito, y el fenómeno en sí se llama tránsito, y esta es una muy buena manera de descubrir exoplanetas. La única dificultad esque necesita medir su brillo durante mucho tiempo y con mucha precisión. Y en la Tierra, la atmósfera comienza a interferir con nosotros. Por lo tanto, tales observaciones generalmente se llevan a cabo desde el espacio. Un telescopio que se lanza al espacio puede que ni siquiera sea muy grande. Es importante que pueda medir el brillo de las estrellas con alta precisión, ya que no interfiere con la atmósfera. De esta manera, el satélite Kepler ya ha descubierto de manera confiable casi mil exoplanetas. Hay varios miles de candidatos muy confiables, de los cuales el 90% se confirmará con el tiempo. Ahora, estas son las dos formas principales de descubrir exoplanetas, pero hay algunas más interesantes.porque la atmósfera no lo molesta. De esta manera, el satélite Kepler ya ha descubierto de manera confiable casi mil exoplanetas. Hay varios miles de candidatos muy confiables, de los cuales el 90% se confirmará con el tiempo. Ahora, estas son las dos formas principales de descubrir exoplanetas, pero hay algunas más interesantes.porque la atmósfera no lo molesta. De esta manera, el satélite Kepler ya ha descubierto de manera confiable casi mil exoplanetas. Hay varios miles de candidatos muy confiables, de los cuales el 90% se confirmará con el tiempo. Ahora, estas son las dos formas principales de descubrir exoplanetas, pero hay algunas más interesantes.Tercer método
El tercer método está asociado con un fenómeno tan hermoso como la lente gravitacional. Todas las buenas teorías modernas de la gravedad, incluida la teoría general de la relatividad, son teorías geométricas de la gravedad, donde este efecto de lente puede explicarse con especial claridad. Los cuerpos pesados distorsionan el espacio a su alrededor, y esto, que representa agujeros negros, se dibuja en forma de dicho agujero en el plano en el que se dibuja la cuadrícula rectangular. La luz, moviéndose a través de ese espacio (imaginaremos directamente este plano a lo largo del cual se mueve la luz), sentirá este agujero, se desviará. Por lo tanto, cualquier cuerpo pesado funciona eficazmente como lente colectora, es decir, si observamos alguna estrella distante, medimos su brillo, cualquier cuerpo masivo vuela entre nosotros y la estrella, otra estrella, una estrella de neutrones, un agujero negro- lo que quieras, el brillo de la estrella aumentará ligeramente. Supongamos que otra estrella vuela, vemos que el brillo de la estrella está aumentando y, de repente, en la curva de luz vemos otra "selección" adicional, hay una segunda lente pequeña. De esta forma, se abren planetas que giran alrededor de las estrellas. Esa estrella, que es una lente y posee un planeta, le dará una "selección" adicional. Esta es una muy buena manera de registrar planetas, porque de esta manera puedes registrar planetas bastante distantes. Vea cuál es el problema: si medimos velocidades o tránsitos, necesitamos varios intentos para asegurarnos de que el efecto esté allí, que no se trate de algunas pulsaciones aleatorias de la estrella, no de algún tipo de punto que aparezca en la estrella, como las manchas solares, pero El proceso es periódico. Mirando 5 años, no puedes abrir el planeta con un período de circulación de 6 años, pero,Al observar el evento prolinizando, puede descubrir de inmediato un planeta cuyo período de revolución alrededor de la estrella es de años o decenas de años, siempre que lo desee, ya que este método no está vinculado a la repetibilidad, por lo que complementa los dos primeros.El siguiente método para detectar exoplanetas está asociado con la observación de cualquier proceso periódico. Imagine que tiene un reloj, debe ir exactamente, y verá que periódicamente se extravía. Si se trata de un reloj mecánico, puede sospechar que hay algo superfluo en el interior, algo está interfiriendo. Engrasaron el reloj con aceite, y las migajas de pan llegaron allí, y ahora los engranajes no giran tan bien o tienes cucarachas allí que periódicamente evitan que los engranajes se muevan. Del mismo modo, si hay algún proceso periódico en el sistema estelar, por ejemplo, hay una estrella binaria (dos estrellas giran una alrededor de la otra) y se produce un eclipse, el brillo cambia periódicamente. Este debe ser un proceso por lotes muy estricto. Observamos y vemos que a veces ocurren fallas. ¿Cómo explicar esto? Algún tipo de cuerpo extra en el sistema.Puede modelar este sistema y determinar la masa de este exceso que interfiere el cuerpo. Si resulta ser planetario, entonces has descubierto el planeta. Y de esta manera, se descubren planetas bastante inusuales. Por ejemplo, existe un planeta así, un púlsar que gira a su alrededor.una enana blanca , y un planeta gira alrededor de este sistema, es decir, de acuerdo con la observación de un púlsar, era posible comprender que además de la enana blanca invisible, hay otro componente superfluo: un planeta que gira en torno a esta hermosa pareja.Quinto método
El siguiente camino. Recordemos el primero: el cambio de velocidad. Entonces, la estrella se mueve alrededor de un centro de masa común. Podemos ver directamente este movimiento. Si medimos las coordenadas de una estrella con mucha precisión, imagine una imagen de una estrella y una cruz que mida con precisión su posición. Lo midieron hoy, lo midieron en seis meses y vieron que la estrella había cambiado. Lo midieron en otros seis meses y, sin embargo, y aún así, vieron que se trataba de un movimiento periódico. De esta manera, la gente descubrió satélites invisibles. Por ejemplo, la primera enana blanca, un satélite de la estrella más brillante en el cielo nocturno de Sirio, fue descubierta de esta manera. Vimos que Sirius se está moviendo y tiene un compañero invisible, pero la enana blanca es un objeto pesado, puede tener una masa igual o igual a la mitad de la masa del Sol. Es difícil encontrar un exoplaneta de esta manera, pero en principio es posible. Por ciertoHace cientos de años, las personas afirmaron que ven el movimiento de las estrellas a los satélites pequeños correspondientes, luego, desafortunadamente, resultó que esto se debió a algunas imprecisiones en las observaciones, algunos errores, pero el satélite de Guy, que está específicamente diseñado para para medir con mucha precisión la posición de una gran cantidad de estrellas. No está destinado a buscar exoplanetas, pero no hay duda de que el subproducto del trabajo del satélite de Guy será el descubrimiento de aproximadamente mil exoplanetas.para medir con precisión la posición de una gran cantidad de estrellas. No se pretende buscar exoplanetas, pero no hay duda de que el subproducto del trabajo del satélite de Guy será el descubrimiento de aproximadamente mil exoplanetas.para medir con precisión la posición de una gran cantidad de estrellas. No se pretende buscar exoplanetas, pero no hay duda de que el subproducto del trabajo del satélite de Guy será el descubrimiento de aproximadamente mil exoplanetas.Finalmente, llegamos a la forma más comprensible de descubrir exoplanetas, ya que los medios escriben con una línea periodística mala: "los astrónomos lo vieron". De hecho, en algunos casos, podemos ver directamente el exoplaneta, pero antes de llegar a esto, hay dos formas más que son similares a "ver". No podemos ver directamente, pero destacamos la luz del exoplaneta. A menudo, los exoplanetas emiten bastante. Por ejemplo, un exoplaneta puede estar bastante cerca de una estrella y calentarse a una temperatura alta, o simplemente se forma y continúa reduciéndose y tiene su propia fuente de energía. Luego, teniendo un evento como el tránsito, veremos que el brillo total del sistema cambia o el planeta tendrá fases, como Venus, y veremos que cambia el brillo total de todo el sistema.Por lo tanto, destacaremos el exceso de luz y podremos atribuirlo al exoplaneta invisible. Una forma similar es ver algunos detalles en el espectro que son inusuales para las estrellas. Periódicamente se moverán, aparecerán, desaparecerán, y nosotros también podemos atribuirlos al exoplaneta y también resaltar su luz.Y finalmente, la última y más hermosa forma es obtener imágenes directas. Ahora hay docenas de buenas imágenes directas de exoplanetas, cuando realmente vemos estos objetos y, en casos excepcionales, vemos directamente cómo, como observamos, el exoplaneta se mueve en su órbita.Por lo tanto, hay varias formas hermosas, en diversos grados confiables de abrir exoplanetas, que en general se complementan perfectamente entre sí.Sergey Popov - Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Investigador Principal, GAISH Universidad Estatal de Moscú
Source: https://habr.com/ru/post/es398201/
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