Exoplanetas
Exoplanetas são planetas que orbitam outras estrelas. Assim que surgiram as idéias de que as estrelas do céu noturno são sóis distantes, elas começaram a falar sobre a possibilidade da existência de planetas ao seu redor e da vida nesses corpos. No entanto, uma coisa é raciocinar e outra é descobrir. Como os planetas são muito mais leves que as estrelas e emitem menos luz, abri-los é muito, muito difícil. Apesar das tentativas individuais, o sucesso ocorreu apenas no final do século XX.No final dos anos 80, várias técnicas de observação alcançaram a precisão necessária e, no início dos anos 90, começaram a ser descobertos exoplanetas. Agora, vários milhares de planetas são conhecidos e seu número está aumentando. Aconteceu que outros sistemas planetários e seus membros podem diferir significativamente do que vemos em nosso sistema. Um abismo foi aberto, o exoplaneta está cheio. E agora precisamos entender como todos esses objetos são organizados, como eles se formaram, como irão evoluir. Sobre esse, talvez, o campo mais "vivo" da astrofísica em nosso curso.Aula No. 1: Como são registrados os exoplanetas?
Assim que as pessoas começaram a adivinhar que as estrelas são sóis distantes, surgiu uma idéia natural: uma vez que os planetas giram em torno de nosso Sol, também deve haver planetas em torno de outras estrelas. Agora são esses planetas que chamamos de exoplanetas - planeta solar extra (planetas extra-solares). E, em princípio, as pessoas começaram a pensar há muito tempo em como abrir planetas para outras estrelas. Isso é difícil por duas razões: primeiro, o próprio planeta é pequeno, brilha muito mal e apenas com a luz refletida, é difícil perceber, é ainda mais difícil perceber porque está próximo a uma estrela muito brilhante. Muitas vezes acontece que poderíamos ver o próprio exoplaneta se estivesse exatamente no mesmo brilho em um lugar vazio, mas a luz brilhante de uma estrela muito próxima nos impede de fazer isso.A questão de qual exoplaneta foi descoberto pela primeira vez é bastante complexa. Simplesmente não há uma resposta clara para isso. Por um lado, podemos dizer que o primeiro exoplaneta em torno de uma estrela, algo semelhante ao Sol, foi descoberto em 1995 - uma descoberta confiável de um exoplaneta em uma estrela do tipo solar. No entanto, em 1992, usando uma técnica completamente diferente, as pessoas descobriram vários exoplanetas, mas não em torno de uma estrela comum, mas em torno de uma estrela de nêutrons - um pulsar de rádio. Alguém acredita que a partir deste momento você pode contar a história exoplanetária, alguém acredita que esses animais ainda são completamente diferentes, porque a estrela não é como o Sol, e os planetas provavelmente se formaram após a explosão da supernova. substância que foi jogada fora por uma supernova. Mas mesmo a história não termina aí. Em 1988, uma declaração de um grupo de astrônomos pareceu queque eles podem ter descoberto um exoplaneta, mas a precisão da observação não foi suficiente. E somente após cerca de 15 anos, essa descoberta foi confirmada quando a contagem de planetas já era de muitas dezenas. Então, por um lado, podemos dizer que em 1988 o primeiro exoplaneta foi descoberto, mas não havia certeza. E a história não termina aí. Em 1989, as pessoas anunciaram que viram absolutamente com precisão um satélite de baixa massa em uma estrela normal, semelhante ao Sol. Mas a dificuldade é que você precisa determinar o que é um planeta. Existem planetas, estrelas, entre eles existe outro tipo de objeto chamado anã marrom - eles são mais pesados que os planetas, mas mais leves que as estrelas, há reações termonucleares, mas essas não são reações da conversão de hidrogênio em hélio, que permitem que estrelas normais irradiem muita energia. Então, ainda não sabemosse o objeto descoberto em 1989 é um exoplaneta muito pesado ou uma anã marrom muito clara. Portanto, a história é bastante confusa. Surpreendentemente, nos anos 1980-1990, vários métodos simultaneamente permitiram a descoberta de exoplanetas. Coincidência incrível. Vamos falar sobre esses diferentes métodos.O primeiro exoplaneta confiável de uma estrela como o Sol foi descoberto desta maneira: geralmente, se formos até alguém na rua e perguntarmos: “O que gira em torno: a Terra ao redor do Sol ou o Sol ao redor da Terra?”, Se eles nos responderem: “A Terra ao redor do Sol ”, Assentimos, e se eles disserem:“ O sol está ao redor da Terra ”, apontaremos nossos dedos e riremos, mas podemos encontrar a resposta de que ambos giram em torno de um centro de massa comum. E esta é realmente a resposta certa! Muitas vezes não pensamos no fato de que a Terra nos atrai, mas atraímos a Terra com exatamente a mesma força. Só que a Terra é muito pesada e, quando pulamos, deslocamos um pouco a Terra, mas se aumenta sua auto-estima, então, realmente, pulando, você desloca um pouco a Terra. Da mesma forma, o planeta, girando em torno da estrela, faz com que ela se mova um pouco, e isso pode ser percebido.As pessoas entenderam isso por um longo tempo. O que você queria assistir? Obtemos o espectro de uma estrela com uma precisão muito alta, vemos linhas espectrais; se a estrela se move em nossa direção, todas as linhas mudam para a região azul do espectro, se for de nós, depois para o vermelho. É o caso mais simples quando existe uma estrela e existe um planeta ou, se você preferir, o mais pesado. Se você olhar para o sistema solar à distância, entãoafeta o Sol mais do que todos os outros planetas. Veríamos que, com o período da revolução de Júpiter, o Sol se aproxima de um observador distante, depois se afasta e, pela estrita periodicidade do processo, poderíamos adivinhar que esse é realmente algum tipo de satélite invisível, e não, por exemplo, a pulsação do Sol ou algo mais. . Portanto, foi necessário aprender a medir essas velocidades com muita precisão e, além disso, fazer isso por um longo tempo. Qual é o problema com o tempo? Por exemplo, você tem um relógio que é executado com muita precisão. Digamos que eles saiam em menos de um segundo por dia. Bom Um ano se passa. Você pode, sem diminuir o relógio - por exemplo, você está sentado em uma ilha deserta e não possui meios de comunicação - ainda assim pode determinar com precisão o tempo com precisão de um segundo? Parece, digamos, que eles estão atrás de você por um segundo. Um ano se passou. Você contou 365 segundos e novamente pensaque você sabe o tempo para o segundo. Isso não é de todo verdade, uma vez que pode haver alguma heterogeneidade no curso. Isso nem sempre é exatamente um segundo por dia. O mesmo com a medição de espectros. Finalmente, no final dos anos 80, as pessoas aprenderam a resolver esse problema em 1995, e foi dessa maneira que o primeiro exoplaneta foi descoberto. Depois, as pessoas mediam velocidades da ordem de 5 a 10 metros por segundo. Pelos padrões modernos, isso é bastante.Segundo método
A segunda maneira de descobrir exoplanetas. Imagine que em algum momento o planeta passe exatamente entre nós e a estrela. Sobre o mesmo que assistir o sol, de vez em quando, vemos Vênus ou Mercúrio passarem pelo disco do Sol. O que vai acontecer? Não vemos o planeta, não vemos nenhuma mancha escura na estrela, mas vemos que o brilho da estrela diminuiu ligeiramente. O disco da estrela é brilhante e o planeta está escuro. Imagine que estamos observando uma estrela e medimos com precisão seu brilho. Não vemos o disco da estrela, não vemos detalhes, mas, medindo o brilho com alta precisão, vemos que o brilho cai um pouco repentinamente. De fato, um pouco - pode ser um décimo milésimo ou vários dez milésimos. Se isso acontecer periodicamente, a única razão razoável é a passagem do planeta através do disco de uma estrela. Tais planetas são chamados de planetas de trânsito, e o fenômeno em si é chamado de trânsito, e essa é uma maneira muito boa de descobrir exoplanetas. A única dificuldade éque você precisa medir o brilho por um longo tempo e com muita precisão. E na Terra, a atmosfera começa a interferir conosco. Portanto, essas observações são geralmente realizadas a partir do espaço. Um telescópio que se lança no espaço pode até não ser muito grande. É importante que ele possa medir o brilho das estrelas com alta precisão, porque isso não interfere na atmosfera. Dessa maneira, o satélite Kepler já descobriu de maneira confiável quase mil exoplanetas. Existem milhares de candidatos muito confiáveis, dos quais 90% serão confirmados ao longo do tempo. Agora, essas são as duas principais maneiras de descobrir exoplanetas, mas existem outras mais interessantes.porque a atmosfera não o incomoda. Dessa maneira, o satélite Kepler já descobriu de maneira confiável quase mil exoplanetas. Existem milhares de candidatos muito confiáveis, dos quais 90% serão confirmados ao longo do tempo. Agora, essas são as duas principais maneiras de descobrir exoplanetas, mas existem outras mais interessantes.porque a atmosfera não o incomoda. Dessa maneira, o satélite Kepler já descobriu de maneira confiável quase mil exoplanetas. Existem milhares de candidatos muito confiáveis, dos quais 90% serão confirmados ao longo do tempo. Agora, essas são as duas principais maneiras de descobrir exoplanetas, mas existem outras mais interessantes.Terceiro método
O terceiro método está associado a um fenômeno tão bonito como a lente gravitacional. Todas as boas teorias modernas da gravidade, incluindo a teoria geral da relatividade, são teorias geométricas da gravidade, onde esse efeito de lente pode ser especialmente explicado com clareza. Os corpos pesados distorcem o espaço ao seu redor, e isso, representando buracos negros, é desenhado na forma de um buraco no plano no qual a grade retangular é desenhada. A luz, movendo-se através de um espaço assim (vamos imaginar diretamente esse plano ao longo do qual a luz se move), sentirá esse buraco, se desviará. Assim, qualquer corpo pesado funciona efetivamente como uma lente coletora, ou seja, se olharmos para alguma estrela distante, medimos seu brilho, qualquer corpo maciço voa entre nós e a estrela, outra estrela, uma estrela de nêutrons, um buraco negro- o que você quiser, o brilho da estrela aumentará um pouco. Suponha que outra estrela voe, vemos que o brilho da estrela está aumentando e, de repente, na curva da luz, vemos outra “escolha” adicional, há uma segunda pequena lente. Dessa forma, planetas abertos que giram em torno de estrelas. Essa estrela, que é uma lente, possuindo um planeta, dará uma "escolha" adicional. Essa é uma maneira muito boa de registrar planetas, pois dessa forma você pode registrar planetas bastante distantes. Veja qual é o problema: se medimos velocidades ou medimos trânsitos, precisamos de várias tentativas para garantir que o efeito ocorra, que essas não sejam algumas pulsações aleatórias da estrela, nenhum tipo de ponto apareceu na estrela, como manchas solares, mas o processo é periódico. Assistindo 5 anos, você não pode abrir o planeta com um período de circulação de 6 anos, mas,observando o evento prolongando, você pode descobrir imediatamente um planeta cujo período de revolução em torno da estrela é de anos ou dezenas de anos, contanto que você queira, uma vez que esse método não está vinculado à repetibilidade, portanto complementa os dois primeiros.O método a seguir para detectar exoplanetas está associado à observação de qualquer processo periódico. Imagine que você tem um relógio, ele deve ir exatamente, e você vê que periodicamente se perde. Se este é um relógio mecânico, você pode suspeitar que exista algo supérfluo por dentro, algo está interferindo. Eles olearam o relógio com óleo e as migalhas de pão chegaram lá, e agora as engrenagens não giram tão bem ou você tem baratas que impedem periodicamente que as engrenagens se movam. Da mesma forma, se houver algum processo periódico no sistema estelar, por exemplo, há uma estrela binária (duas estrelas giram em torno uma da outra) e ocorre um eclipse, o brilho muda periodicamente. Este deve ser um processo em lote muito rigoroso. Observamos e vemos que as vezes ocorrem falhas. Como explicar isso? Algum tipo de corpo extra no sistema.Você pode modelar esse sistema e determinar a massa desse excesso, interferindo no corpo. Se for planetário, você descobriu o planeta. E dessa maneira, planetas bastante incomuns são descobertos. Por exemplo, existe um planeta, um pulsar, gira em torno deleuma anã branca e um planeta gira em torno desse sistema, ou seja, de acordo com a observação de um pulsar, foi possível entender que, além da anã branca invisível, existe outro componente supérfluo - um planeta que gira em torno de todo esse belo casal.Quinto método
O próximo caminho. Lembre-se do primeiro - a mudança de velocidade. Assim, a estrela se move em torno de um centro de massa comum. Podemos ver diretamente esse movimento. Se medirmos as coordenadas de uma estrela com muita precisão, imagine uma imagem de uma estrela e uma cruz que medem com precisão sua posição. Eles mediram hoje, em seis meses e viram que a estrela havia mudado. Eles mediram em mais seis meses, e ainda assim, e ainda assim - eles viram que este era um movimento periódico. Dessa maneira, as pessoas descobriram satélites invisíveis. Por exemplo, a primeira anã branca, um satélite da estrela mais brilhante no céu noturno de Sirius, foi descoberta dessa maneira. Vimos que Sirius está se movendo e tem um companheiro invisível, mas a anã branca é um objeto pesado, pode ter uma massa igual ou igual a metade da massa do Sol. É difícil encontrar um exoplaneta dessa maneira, mas em princípio é possível. By the waycentenas de anos atrás, as pessoas afirmaram que veem o movimento de estrelas para pequenos satélites correspondentes; infelizmente, isso ocorreu devido a algumas imprecisões nas observações, a alguns erros, mas ao satélite de Guy, projetado especificamente para para medir com precisão a posição de um grande número de estrelas. Não se pretende procurar exoplanetas, mas não há dúvida de que o subproduto do trabalho do satélite de Guy será a descoberta de cerca de mil exoplanetas.para medir com precisão a posição de um grande número de estrelas. Não se pretende procurar exoplanetas, mas não há dúvida de que o subproduto do trabalho do satélite de Guy será a descoberta de cerca de mil exoplanetas.para medir com precisão a posição de um grande número de estrelas. Não se pretende procurar exoplanetas, mas não há dúvida de que o subproduto do trabalho do satélite de Guy será a descoberta de cerca de mil exoplanetas.Por fim, chegamos à maneira mais compreensível de descobrir exoplanetas, enquanto a mídia escreve com uma linha jornalística média - “os astrônomos viram”. De fato, em alguns casos, podemos ver diretamente o exoplaneta, mas antes de chegarmos a isso, existem mais duas maneiras semelhantes a "ver". Não podemos ver diretamente, mas destacar a luz do exoplaneta. Muitas vezes, os exoplanetas emitem bastante. Por exemplo, um exoplaneta pode estar bem perto de uma estrela e aquecido a uma temperatura alta, ou apenas se forma e continua a encolher e tem sua própria fonte de energia. Então, tendo um evento como o trânsito, veremos que o brilho total do sistema muda ou o planeta terá fases, como Vênus, e veremos que o brilho total de todo o sistema muda.Assim, destacaremos o excesso de luz e poderemos atribuí-lo ao exoplaneta invisível. Uma maneira semelhante é ver alguns detalhes no espectro que são incomuns para estrelas. Eles se moverão periodicamente, aparecerão, desaparecerão, e nós também podemos atribuí-los ao exoplaneta e também destacar sua luz.E, finalmente, a última e mais bonita maneira de obter imagens diretas. Agora, existem dezenas de boas imagens diretas de exoplanetas, quando realmente vemos esses objetos e, em casos raros, vemos diretamente como, como observamos, o exoplaneta se move em sua órbita.Assim, existem várias maneiras confiáveis e variadas de abrir exoplanetas, que em geral se complementam perfeitamente.Sergey Popov - Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, Pesquisador Principal, GAISH Moscow State University
Source: https://habr.com/ru/post/pt398201/
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