Hubbleův nástupce bude studovat horké Jupitery, hnědé trpaslíky a exoplanety. Proč jsou zajímavé?

Více o římském dalekohledu a misi

NASA oficiálně pojmenovala svůj další přijímač „Hubble“. Dříve

známý jako širokoúhlý infračervený paprsekSurvey Telescope (WFIRST), tento projekt nyní získal nový název - římský kosmický dalekohled Nancy Grace - nebo jednoduše římský kosmický dalekohled - podle prvního hlavního astronoma NASA, kterému se často říká „matka Hubbla“.

Římský kosmický dalekohled by měl být vypuštěn v rocev polovině 20. let jako nástupce stárnoucího HST. Navzdory skutečnosti, že jsou vybaveny zrcadlem stejné velikosti - 2,4 m širokým, nový dalekohled využívá širokoúhlý přístroj ke studiu oblasti oblohy, která je stokrát větší než ta, kterou dokáže zachytit Hubble.

Při pozorování vesmíru v infračerveném směruřímský kosmický dalekohled bude mít několik primárních cílů. Prvním z nich je hledání a studium exoplanet pomocí spektroskopie a experimentálního koronografického nástroje k získání vysoce kontrastních obrazů těchto světů.

Zkoumá také záhadnou temnou energiisíla, která, jak se zdá, způsobuje zrychlení rozpínání vesmíru. Římský kosmický dalekohled může také pomoci studovat temnou hmotu a řadu dalších astrofyzikálních témat.

Co bude dalekohled studovat?

Japonští a američtí vědci to vypočítaliŘímský kosmický dalekohled Nancy Grace Roman Space Telescope najde přibližně 10 horkých Jupiterů a 30 hnědých trpaslíků blíže ke středu galaxie pomocí účinku gravitačních čoček.

Dalekohled bude primárně používatgravitační mikročočková metoda. Podstata metody je následující: když hmotný objekt, například hvězda, projde před vzdálenější hvězdou (ve vztahu k dalekohledu), světlo ze vzdálenější hvězdy bude lomeno.

Výsledkem je, že bližší objekt se chová jakopřirozený objektiv, zvětšující světlo z pozadí hvězdy. Planety obíhající kolem hvězdy čočky mohou produkovat podobný efekt v menším měřítku, takže astronomové mají za cíl je detekovat analýzou světla vzdálené hvězdy.

Protože metoda pomáhá detekovat rovnoměrněmalé planety s širokým rozsahem oběžných drah, vědci očekávají, že průzkum nového dalekohledu odhalí analogy téměř každé planety v naší sluneční soustavě. A také exotičtější světy - obří planety na malých oběžných drahách známé jako horké Jupitery a takzvané „neúspěšné hvězdy“ - hnědí trpaslíci.

Hnědí trpaslíci

Hnědí trpaslíci jsou podhvězdné objekty (s hmotností v rozmezí od 0,012 do 0,0767 hmotností Slunce, respektive od 12,57 do 80,35 hmot Jupitera).

Stejně jako ve hvězdách v nich probíhají termonukleární reakce.jaderná fúze na jádrech světelných prvků (deuterium, lithium, berylium, bór), ale na rozdíl od hvězd hlavní sekvence je příspěvek k uvolňování tepla těchto hvězd z jaderné fúze vodíkových jader (protonů) bezvýznamný.

U hnědých trpaslíků, na rozdíl od hvězd hlavníhosekvence také neexistují žádné sférické vrstvy přenosu sálavé energie - přenos tepla v nich se provádí pouze díky turbulentní konvekci, která určuje homogenitu jejich chemického složení v hloubce.

Hnědý trpaslík (menší předmět) rotujícíkolem hvězdy Gliese 229, která se nachází v souhvězdí Zajíc asi 19 světelných let od Země. Hnědý trpaslík Gliese 229B má hmotnost 20 až 75 hmot Jupitera.

Jeden z mechanismů vzniku hnědétrpaslíci jsou podobní planetám. V protoplanetárním disku na jeho okraji se tvoří hnědý trpaslík. V další fázi svého života jsou pod vlivem okolních hvězd vrženi do okolního prostoru své mateřské hvězdy a tvoří velkou populaci nezávislých objektů.

Stejně jako obyčejné hvězdy mohou i hnědí trpaslícibýt vytvořen nezávisle na jiných objektech. Mohou se tvořit jednotlivě nebo v těsné blízkosti jiných hvězd. V roce 2015 byla studována skupina formujících se hnědých trpaslíků a někteří z nich vykazovali stejné trysky jako hmotnější hvězdy v tomto procesu.

Na rozdíl od hvězd hlavní posloupnostijejichž minimální povrchová teplota je asi 4 000 K, teplota hnědých trpaslíků leží v rozmezí od 300 do 3 000 K. Na rozdíl od hvězd, které se samy zahřívají díky termonukleární fúzi, která v nich probíhá, se hnědí trpaslíci neustále ochlazují po celou dobu život, zatímco čím větší je trpaslík, tím pomaleji se ochladí.

Vlastnosti hnědých trpaslíků, přechod mezi nimiplanety a hmotné hvězdy jsou zvláště zajímavé pro astronomy. Rok po objevení prvního objektu této třídy byly v atmosférách hnědých trpaslíků objeveny povětrnostní jevy. Ukázalo se, že hnědí trpaslíci mohou mít také své vlastní měsíce.

Žhavé Jupitery

Žhavé Jupitery jsou třídou exoplanet s hmotnostířádu hmotnosti Jupitera (1,9–1027 kg). Na rozdíl od Jupiteru, který je vzdálený 5 AU. od Slunce se typický horký Jupiter nachází ve vzdálenosti asi 0,05 AU. od hvězdy, tj. o jeden řád blíže než Merkur ze Slunce a o dva řády blíže než Jupiter.

Hot Jupiters jednou obsazenéje významnou součástí seznamu otevřených exoplanet, protože jsou nejsnadněji detekovatelné, protože zavádějí znatelné krátkodobé poruchy v pohybu hvězdy, které lze detekovat posunem spektrálních čar.

Navíc je pravděpodobnost, že planeta projde před hvězdným diskem, poměrně vysoká, což umožňuje odhadnout velikost planety ze snížení svítivosti hvězdy.

Umělecké znázornění horké extrasolární planety XO-1 b

Charakteristika:

  • Zahřátí povrchu na teplotu 1000-1500 K.(a někdy až téměř 3000 K), vzhledem k jejich blízkosti ke hvězdě, způsobuje další tepelnou roztažnost, takže poloměry těchto planet jsou větší než u podobných planet, ale jsou umístěny ve větší vzdálenosti od mateřské hvězdy.
  • Excentricita oběžné dráhy se obvykle blíží nule, protože klesá v důsledku slapových sil.

Předpokládá se, že blízko samotné hvězdy nestačímateriál pro formování planet. Všechny planety tohoto typu byly vytvořeny ve vnější části systému a poté migrovaly do středu kvůli zpomalení disku s plynem a prachem.

Existuje také podtřída horkých Jupiterů, která se nazývá krátkodobé horké Jupitery. Jsou to „žhavé“ Jupitery, tedy nejžhavější Jupitery nejblíže ke hvězdám.

Doba rotace těchto planet kolem hvězdyje 1–2 dny a teplota může často dosáhnout 2 000 ° C (zatímco povrchová teplota samotné hvězdy je často jen 2–3krát vyšší než teplota povrchu planety). Nejžhavějším krátkodobým horkým Jupiterem (stejně jako nejžhavější známou exoplanetou) je WASP-33 b.

Ve velmi malé vzdálenosti od hvězdy a ne mocS velkou hmotou planety (méně než 2 hmoty Jupitera) není planeta udržována v zahřívání svou gravitací, což vede k její silné tepelné roztažnosti a poklesu hustoty na extrémně nízké hodnoty. Taková planeta je spíše oblakem plynu než plnohodnotnou planetou a nazývá se volná planeta.

Exoplanety

Exoplaneta - planeta mimo Sluncesystémy. Po dlouhou dobu zůstal úkol detekovat planety poblíž jiných hvězd nevyřešený, protože planety jsou ve srovnání s hvězdami extrémně malé a slabé a samotné hvězdy jsou daleko od Slunce (nejbližší je ve vzdálenosti 4,24 světelných let ). První exoplanety byly objeveny koncem 80. let.

Nyní tyto planety začaly být objevovány díkypokročilé vědecké metody jsou často na hranici svých možností. Od 6. ledna 2021 byla spolehlivě potvrzena existence 4396 exoplanet v 3242 planetárních systémech, z nichž 720 má více než jednu planetu.

Počet spolehlivých kandidátů na exoplanetumnohem větší. U projektu Kepler v lednu 2020 tedy bylo o 2 420 zájemců více a u projektu TESS v lednu 2020 o 1 082 kandidátů, aby bylo možné získat status potvrzených planet, je nutné je znovu zaregistrovat pomocí pozemních dalekohledů.

Celkový počet exoplanet v galaxii MléčnáCesta se odhaduje na ne méně než 100 miliard, z nichž 5 až 20 miliard je pravděpodobně „pozemských“. Podle současných odhadů má také asi 34% hvězd podobných slunci planety v obyvatelné zóně srovnatelné se Zemí.

Celkový počet planet mimo sluneční soustavu,připomínající Zemi a objevenou k srpnu 2016, je 216. Na konci října 2020 vědci vypočítali celkový počet obyvatelných exoplanet v galaxii Mléčná dráha, jejich počet je asi 300 milionů.

Drtivá většina otevřených exoplanetdetekovány spíše různými vizuálními metodami než vizuálním pozorováním. Většina známých exoplanet jsou plynní obři a podobají se spíše Jupiteru než Zemi. To je způsobeno omezenými detekčními metodami (masivní planety s krátkou periodou se dají snáze detekovat).

Animace chronologie objevu exoplanet.Barva tečky označuje způsob otevírání. Vodorovná osa je velikost poloviční hlavní osy. Svislá osa je hmota. Pro srovnání jsou planety sluneční soustavy označeny bíle

Vědci to předpovídají pouze v galaxiiMléčná dráha (kde se nachází naše planeta Země), podle nejnovějších údajů je jejich počet asi 300 milionů. Obydlené planety znamenají přítomnost mikrobů, rostlin a zvířat na nich, ale ne nutně civilizace nebo jiný inteligentní život.

Výpočty vědců ukázaly, že pokud v příštímdesetiletí bude objevena alespoň jedna planeta s možnými stopami života, což bude znamenat, že v naší galaxii existují další podobné světy s pravděpodobností 95-97%.

Objev exoplanet umožnil astronomůmzávěr: planetární systémy jsou ve vesmíru velmi rozšířeným jevem. Doposud neexistuje obecně přijímaná teorie formování planet, ale nyní, když je možné shrnout statistiky, se situace v této oblasti mění k lepšímu.

Většina detekovaných systémů se velmi lišíze sluneční - to je pravděpodobně způsobeno selektivitou použitých metod (nejjednodušší způsob detekce krátkodobých hmotných planet). Ve většině případů lze planety podobné Zemi a menší (momentálně v srpnu 2012) detekovat pouze tranzitní metodou.

Jaké jsou cíle nového programu římských dalekohledů?

Protože metoda pomáhá detekovat rovnoměrněmalé planety s širokým rozsahem oběžných drah, vědci očekávají, že průzkum nového dalekohledu odhalí analogy téměř každé planety v naší sluneční soustavě. A také exotičtější světy - obří planety na malých oběžných drahách známé jako horké Jupitery a takzvané „neúspěšné hvězdy“ - hnědí trpaslíci.

Předchozí mise na lov planet vNejprve hledali nové světy relativně blízko nás, ve vzdálenosti až několika tisíc světelných let. Blízká blízkost umožňuje podrobnější studium. Astronomové se však domnívají, že studium těles blízko jádra naší galaxie by mohlo poskytnout nový pohled na vývoj planetárních systémů.

Na rozdíl od hvězd na disku galaxie, kteréjsou v pohodlné vzdálenosti od sebe navzájem, hvězdy v blízkosti jádra jsou mnohem hustší. Roman mohl přijít na to, zda toto blízké uspořádání hvězd ovlivňuje oběžné dráhy planet. Pokud hvězda prochází blízko planetárního systému, její gravitace by mohla vytlačit planety z jejich normálních oběžných drah.

Supernovy jsou také častější poblíž centra.galaxie. Tyto katastrofické události jsou tak intenzivní, že mohou vytvářet nové prvky, které se uvolňují do prostředí, když explodující hvězdy zemřou. Astronomové se domnívají, že by to mohlo ovlivnit vznik planet.

Hledání světů v této oblasti nám může pomoci dozvědět se více o faktorech, které ovlivňují formování planet.

Kdy začne dalekohled fungovat?

Římský kosmický dalekohled již obdržel zelenoupro vývoj a testování. To však s největší pravděpodobností začne až po roce 2021, protože NASA plánuje zaměřit svou pozornost a rozpočet na první dokončení vesmírného dalekohledu Jamese Webba, jehož spuštění je naplánováno na rok 2021.

Přečtěte si více:

Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí

Radary našli poslední pevnost Tlingitů na Aljašce. Hledali ho více než 100 let

Třetina z těch, kteří se vzpamatovali z COVID-19, se vrací do nemocnice. Každý osmý - umírá