Спектрополяриметрические исследования экзопланет с высокой контрастностью - Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research

«СФЕРА» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Сфера (значения).
СФЕРА (черный контейнер и серебряный цилиндр), прикрепленная к телескопу с дополнительной платформы.

Спектрополяриметрические высококонтрастные исследования экзопланет (ВЛТ-СФЕРА) - система адаптивной оптики и коронографическая установка на Очень большой телескоп (VLT). Он обеспечивает прямую визуализацию, а также спектроскопический и поляриметрический характеристика экзопланета системы. Прибор работает в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, обеспечивая, хотя и в ограниченном поле обзора, превосходное качество изображения и контраст для ярких целей.[1]

Результаты SPHERE дополняют результаты других проектов по поиску планет, которые включают: HARPS, CoRoT, а Миссия Кеплера.[2] Прибор был установлен на единичном телескопе «Мелипал» (УТ3) и достиг первый свет в июне 2014 года. На момент установки это был последний из серии VLT-приборов второго поколения, таких как Икс-стрелок, КМОС и МУЗА.[3]

Научные цели

Звезда HR 7581 (Йота Сгр ) наблюдалось в режиме обзора СФЕРА. Звезда очень низкой массы, более чем в 4000 раз слабее, чем ее родительская звезда, была обнаружена на орбите Йоты Sgr на крошечном расстоянии 0,24 дюйма. Сама яркая звезда была почти полностью подавлена ​​СФЕРОЙ, чтобы позволить слабому спутнику появиться как четкое яркое пятно справа вверху от центра.

Прямое изображение экзопланет чрезвычайно сложно:

  1. Контраст яркости между планетой и ее звездой обычно составляет от 10−6 для горячих молодых планет-гигантов, излучающих значительное количество света в ближнем инфракрасном диапазоне, до 10−9 для каменистых планет, видимых исключительно в отраженном свете.
  2. Угловое расстояние между планетой и ее звездой очень мало. Для планеты на расстоянии ~ 10 а.е. от своего хозяина и в десятках парсеков расстояние составит всего несколько десятых угловой секунды.[4]

SPHERE является представителем второго поколения инструментов, предназначенных для прямого высококонтрастного изображения экзопланет. Они объединяют передовые адаптивная оптика с высокой эффективностью коронографы для уменьшения яркости главной звезды. Кроме того, SPHERE использует дифференциальную визуализацию, чтобы использовать различия между планетным и звездным светом с точки зрения его цвета или поляризации.[5] К другим работающим системам высококонтрастной визуализации относятся: Пр.1640 на Паломарская обсерватория и Gemini Planet Imager на Близнецы Южный телескоп.[4] В Большой бинокулярный телескоп, оснащенный менее продвинутой системой адаптивной оптики, успешно сфотографировал множество внесолнечных планет.[6]

SPHERE нацелена на прямое обнаружение планет размером с Юпитер и более крупных, отделенных от своих звезд на расстоянии от 1 до 100 а.е. Обнаружение и описание большого количества таких планет должно дать представление о планетарная миграция, гипотетический процесс, посредством которого горячие юпитеры, которые, согласно теории, не могли образоваться так же близко к своим родительским звездам, как они встречаются, мигрируют внутрь от того места, где они были сформированы в протопланетный диск.[7] Также предполагается, что массивных далеких планет должно быть много; результаты SPHERE должны прояснить, в какой степени наблюдаемое в настоящее время преобладание близко обращающихся по орбите горячих юпитеров представляет собой ошибку наблюдений. Наблюдения SPHERE будут сосредоточены на следующих типах целей:

  • близлежащие молодые звездные ассоциации, которые также могут предложить возможности для обнаружения маломассивных планет;
  • звезды с известными планетами, в частности, с долгосрочными остатками, появляющимися в регрессивный анализ кривых их лучевых скоростей, которые могут указывать на присутствие более далеких спутников;
  • ближайшие звезды, позволяющие обнаруживать цели с наименьшими орбитами, в том числе светящиеся только отраженным светом;
  • звезды с возрастом в диапазоне от 100 млн лет до 1 млрд лет. В этих молодых системах даже меньшие планеты будут по-прежнему горячими и обильно излучают в инфракрасном диапазоне, что позволяет обнаруживать меньшие массы.
  • Высококонтрастные возможности SPHERE также должны позволить использовать ее при исследовании протопланетных дисков, коричневые карлики, развились массивные звезды и, в меньшей степени, в исследованиях Солнечной системы и внегалактических целей.[2]

Результаты SPHERE дополняют результаты проектов обнаружения, в которых используются другие методы обнаружения, такие как измерения лучевой скорости и фотометрические транзиты. Эти проекты включают HARPS, CoRoT, а Миссия Кеплера.[2]

Описание инструмента

Инструмент СФЕРА и схема его подсистем

SPHERE установлена ​​на телескопе 3 ESO VLT Unit в фокусе Нэсмита. В его состав входят следующие подсистемы:

  • Common Path and Infrastructure (CPI) - это главный оптический стенд. Он получает прямой свет от телескопа и передает стабилизированные, скорректированные с помощью активной оптики и отфильтрованные коронографом лучи на три вспомогательных инструмента.
  • Спектрограф интегрального поля (IFS) покрывает поле зрения 1,73 "x 1,73", преобразуя спектральные данные в трехмерный (x, y, λ) куб данных.
  • В Инфракрасный двухдиапазонный тепловизор и спектрограф (IRDIS) имеет поле зрения 11 дюймов x 12,5 дюймов с масштабом пикселей 12,25 мсек (миллисекунды дуги). IRDIS может обеспечить классическую визуализацию. В качестве альтернативы он может быть сконфигурирован для обеспечения одновременной двухдиапазонной визуализации с использованием двух разных узкополосных фильтров, нацеленных на разные спектральные характеристики, или может быть сконфигурирован для обеспечения одновременной визуализации с двух скрещенных поляризаторов. При работе в режиме спектроскопии с длинной щелью (LSS) коронографическая щель заменяет маску коронографа.
  • В Цюрихский поляриметр изображений (ZIMPOL) - это высококонтрастный поляриметр для визуализации изображений, работающий в видимом и инфракрасном диапазонах волн, способный достигать разрешения <30 мсек. Дуги. Он также способен формировать классические изображения с ограничением дифракции.[8]

Результаты науки

На этом инфракрасном изображении видно пылевое кольцо вокруг ближайшей звезды. HR 4796A в южном созвездии Центавра. Он был одним из первых, созданных инструментом СФЕРА вскоре после того, как он был установлен на Очень большом телескопе ESO в мае 2014 года. Он показывает не только само кольцо с большой четкостью, но и демонстрирует способность СФЕРА уменьшать блики с самого начала. яркая звезда - ключ к поиску и изучению экзопланет в будущем.

Первые результаты подтвердили силу инструмента SPHERE, а также представили результаты, которые бросают вызов существующей теории.

  • SPHERE объявила о своей первой планете HD 131399Ab в 2016 году, но другое исследование показало, что это на самом деле звезда заднего плана.[9] Наконец, в июле 2017 года консорциум SPHERE объявил об обнаружении планеты, HIP 65426 b, около HIP 65426.[10][11] Похоже, что у планеты очень пыльная атмосфера, заполненная толстым облаком, и она вращается вокруг горячей молодой звезды, которая вращается на удивление быстро.
  • СФЕРА использовалась для поиска коричневого карлика, который, как ожидается, будет вращаться вокруг затмевающий двоичный V471 Тельца. Тщательные измерения времени затмений показали, что они не были регулярными, но эти нарушения можно объяснить, если предположить, что орбиты звезд возмущает коричневый карлик. Удивительно, но хотя гипотетический коричневый карлик должен был быть легко разрешен СФЕРОЙ, такого компаньона не было. Казалось бы, обычное объяснение странного поведения V471 Tauri неверно. Было предложено несколько альтернативных объяснений вариаций орбитального времени, включая, например, возможность того, что эффекты могут быть связаны с вариациями магнитного поля в главном члене двойной пары, что приводит к регулярным изменениям формы звезды. через то Механизм Эпплгейта.[12][13]
  • Еще один ранний результат SPHERE - первое изображение спирального протопланетного диска в HD 100453.[14] Глобальный спиральный узор - это редкое явление в околозвездных дисках, которое, вероятно, вызвано гравитационным притяжением массивного тела, вращающегося вокруг звезды, такого как другая звезда или гигантская планета. Этот диск является первым, на котором изображен возмущающий спутник, что служит проверкой теорий генерации спиральных рукавов. На изображениях также виден зазор, простирающийся от края коронографической маски примерно до расстояния орбиты Урана в нашей солнечной системе.
  • СФЕРА использовалась для получения первого подтвержденного изображения новорожденной планеты в публикации в июне 2018 года. Молодая планета PDS 70b была замечена в протопланетном диске вокруг звезды. ПДС 70.[15]
  • В июле 2020 года SPHERE напрямую сфотографировала двух газовых гигантов на орбите вокруг звезды. TYC 8998-760-1.[16]

Рекомендации

  1. ^ "Обзор СФЕРА". Европейская южная обсерватория. Получено 23 мая 2015.
  2. ^ а б c Бойзит, Жан-Люк; и другие. «СФЕРА: инструмент« Поиск планет »для VLT» (PDF). Европейская южная обсерватория. Получено 24 мая 2015.
  3. ^ "Первый свет для сканера экзопланет SPHERE". ESO. 4 июня 2014 г.
  4. ^ а б Мне грустно.; Gratton, R .; Zurlo, A .; Виган, А .; Claudi, R.U .; Alberi, M .; Antichi, J .; Baruffolo, A .; Beuzit, J. -L .; Boccaletti, A .; Bonnefoy, M .; Costille, A .; Desidera, S .; Dohlen, K .; Fantinel, D .; Feldt, M .; Fusco, T .; Giro, E .; Henning, T .; Каспер, М .; Langlois, M .; Maire, A. -L .; Martinez, P .; Moeller-Nilsson, O .; Mouillet, D .; Moutou, C .; Павлов, А .; Puget, P .; Саласнич, Б .; и другие. (2015). «Производительность VLT Planet Finder SPHERE». Астрономия и астрофизика. 576: A121. arXiv:1503.02486. Bibcode:2015A & A ... 576A.121M. Дои:10.1051/0004-6361/201423910.
  5. ^ "Первый свет для сканера экзопланет SPHERE". Европейская южная обсерватория. Получено 24 мая 2015.
  6. ^ Esposito, S .; Мне грустно.; Skemer, A .; Arcidiacono, C .; Claudi, R.U .; Desidera, S .; Gratton, R .; Mannucci, F .; Marzari, F .; Masciadri, E .; Close, L .; Hinz, P .; Kulesa, C .; McCarthy, D .; Мужчины, J .; Agapito, G .; Argomedo, J .; Boutsia, K .; Briguglio, R .; Brusa, G .; Busoni, L .; Cresci, G .; Fini, L .; Fontana, A .; Guerra, J.C .; Hill, J.M .; Miller, D .; Paris, D .; Pinna, E .; и другие. (2012). «LBT-наблюдения планетной системы HR 8799». Астрономия и астрофизика. 549: A52. arXiv:1203.2735. Bibcode:2013A и A ... 549A..52E. Дои:10.1051/0004-6361/201219212.
  7. ^ D'Angelo, G .; Любов, С. Х. (2008). «Эволюция мигрирующих планет, испытывающих газовую аккрецию». Астрофизический журнал. 685 (1): 560–583. arXiv:0806.1771. Bibcode:2008ApJ ... 685..560D. Дои:10.1086/590904.
  8. ^ "СФЕРА - Описание инструмента". Европейская южная обсерватория. Получено 24 мая 2015.
  9. ^ Нильсен, Эрик Л .; Роза, Роберт Дж. Де; Рамо, Жюльен; Ван, Джейсон Дж .; Эспозито, Томас М .; Millar-Blanchaer, Maxwell A .; Маруа, Кристиан; Виган, Артур; Аммонс, С. Марк (2017). "Доказательство того, что планета HD 131399 Ab, полученная прямым изображением, является звездой заднего плана". Астрономический журнал. 154 (6): 218. arXiv:1705.06851. Bibcode:2017AJ .... 154..218N. Дои:10.3847 / 1538-3881 / aa8a69. HDL:10150/626174. ISSN  1538-3881.
  10. ^ [email protected]. "ESO's SPHERE представляет свою первую экзопланету". www.eso.org. Получено 2017-12-06.
  11. ^ Chauvin, G .; Desidera, S .; Лагранж, А.-М .; Виган, А .; Gratton, R .; Langlois, M .; Bonnefoy, M .; Beuzit, J.-L .; Фельдт, М. (01.09.2017). «Открытие теплой пыльной планеты-гиганта около HIP 65426». Астрономия и астрофизика. 605: L9. arXiv:1707.01413. Bibcode:2017A & A ... 605L ... 9C. Дои:10.1051/0004-6361/201731152. ISSN  0004-6361.
  12. ^ "Странная история о пропавшем гноме". Европейская южная обсерватория. Получено 24 мая 2015.
  13. ^ Харди, А .; Schreiber, M. R .; Parsons, S.G .; Caceres, C .; Retamales, G .; Wahhaj, Z .; Mawet, D .; Canovas, H .; Сьеса, Л. (01.02.2015). «Первые научные результаты из сферы: опровержение предсказанного коричневого карлика вокруг V471 Tau». Письма в астрофизический журнал. 800 (2): L24. arXiv:1502.05116. Bibcode:2015ApJ ... 800L..24H. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 800/2 / L24. ISSN  0004-637X.
  14. ^ Вагнер, К .; Apai, D .; Каспер, М .; Робберто, М. (22.10.2015). «Открытие двухлучевой спиральной структуры в диске с зазором вокруг звезды Ae Хербига HD 100453». Письма в астрофизический журнал. 813 (1): L2. arXiv:1510.02212. Bibcode:2015ApJ ... 813L ... 2 Вт. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 813/1 / L2.
  15. ^ Европейская южная обсерватория (2 июля 2018 г.). «Первое подтвержденное изображение новорожденной планеты, полученное с помощью ESO VLT - Spectrum показывает облачную атмосферу». www.eso.org. Получено 6 июля, 2018.
  16. ^ "Астрономы сделали прямые снимки двух гигантских экзопланет вокруг молодой звезды, похожей на Солнце | Астрономия | Sci-News.com". Последние новости науки | Sci-News.com. Получено 2020-07-25.

внешняя ссылка

Координаты: 24 ° 37′39 ″ ю.ш. 70 ° 24′16 ″ з.д. / 24,6274 ° ю.ш. 70,4044 ° з.д. / -24.6274; -70.4044