O exoplaneta, sau o planeta extrasolara, este o planeta care isi are orbita in jurul unei alte stele decat Soarele, apartinand deci unui alt sistem decat sistemul nostru solar, ori se misca liber prin galaxie. In galaxia noastra exista miliarde de stele si s-a estimat ca peste 15% dintre acestea au planete care le orbiteaza.

Planetele nu au si nu emit o lumina proprie, ci pot doar reflecta lumina stelei din apropiere. Fiind extrem de slab luminoase comparativ cu stelele in jurul caror orbiteaza, acestea sunt foarte greu de detectat si fotografiat cu ajutorul telescoapelor. La lungimi de unda vizibile, acestea au luminozitatea, de obicei, mai mica de 1 milion de ori decat cea a stelei. Din aceasta cauza, lumina reflectata de planeta este estompata de cea a stelei.

Cele mai mari telescoape ale lumii pot fotografia exoplanete numai in conditii exceptionale: acestea sa fie cu mult mai mari decat Jupiter, sa se afle la o distanta mare fata de steaua in jurul careia orbiteaza si sa fie destul de calde incat sa emita o radiatie infrarosie mare.

Majoritatea exoplanetelor cunoscute astazi au fost detectate prin metode indirecte.

Prima exoplaneta a fost descoperita in anul 1989 si confirmata in 1992, iar pana astazi (27 februarie 2017) s-au descoperit 3583 planete. Dintre acestea, doar 603 exoplanete se afla in sisteme stelare cu mai mult de o exoplaneta. Unul dintre cele mai interesante sisteme descoperite este Trappist-1, format din 7 planete dintre care 3 se afla la o distanta potrivita fata de stea pentru a permite existenta vietii.

Cele mai multe exoplanete confirmate au fost descoperite folosind telesoape spatiale. Acestea sunt mult mai eficiente decat cele terestre deoarece nu sunt afectate de turbulenta si ceata atmosferica. COROT si Kepler sunt misiuni dedicate descoperirii exoplanetelor folosind metoda de tranzit. COROT a descoperit aproximativ 30 planete, iar Kepler peste 2000. De asemenea, telescopul Hubble si MOST (Microvariability and Oscillations of STars) a confirmat o parte din acestea. Telescopul Spitzer este si el folosit pentru a detecta planete extrasolare, prin aceeasi metoda de tranzit sau oculatie.

Telescopul Gaia, lansat in 2013, foloseste astrometria pentru a determina masa exacta a aproximativ 1000 de exoplanete. Scopul misiunii este de a construi un catalog 3D continand 1 miliard de obiecte astronomice. In curand, li se vor mai alatura alte telescoape, CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) si TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ce vor fi lansate in 2017, iar PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars) in 2024.

Astrometria

Astrometria este cea mai veche metoda de dectectare a planetelor exoplanetelor. Astrometria consta in masurarea pozitiei stelei pe cer si observarea modului in care aceasta isi schimba pozitia in timp. Daca acea stea are o planeta, atunci influenta gravitationala a acesteia va provoca miscarea ei pe o mica orbita eliptica. Primele calcule au fost realizate de W.S. Jacob in anul 1885. La sfarsitul secolului al XIX-lea, se foloseau placi fotografice, marind astfel acuratetea masuratorilor.

Viteza radiala sau metoda Doppler

Spectrometria Doppler, sau viteza radiala, este o metoda indirecta de detectare a planetelor extrasolare. Se bazeaza pe acelasi principiu precum in astrometrie. O planeta, pe masura ce orbiteaza in jurul stelei, exercita o forta gravitationala asupra acesteia determinand-o sa se deplaseze pe o orbita mica in jurul baricentrului celor doua corpuri. Asadar, cu cat planeta este mai masiva si orbiteaza mai aproape de stea, cu atat forta gravitationala exercitata este mai mare. Acest efect determina liniile din spectrul stelei respective sa se deplaseze catre lungimi de unda mai mari (deplasare spre rosu) cand steaua se indeparteaza de Pamant, respectiv spre albastru atunci cand steaua se apropie. Acesta este efectul Doppler, iar metoda vitezei radiale mai este numita si spectrometrie Doppler.

Dezavantajul acestei metode de detectie este ca se pot descoperi doar planetele ce orbiteaza in jurul unei stele foarte luminoase.

Metoda tranzitului

Metoda tranzitului s-a dovedit a fi cea mai fructuoasa metoda de dectectie, doar in 2014 fiind detectate nu mai putin de 900.

Atunci cand o planeta trece prin dreptul stelei, luminozitatea acesteia scade in functie de dimensiunea planetei si a stelei. De exemplu, in cazul planetei HD 209458, steaua isi diminueaza luminozitatea cu 1.7%. Prin compararea fractiunii de lumina care dispare in timpul unui tranzit cu suma totala de lumina emisa de stea, se poate calcula dimensiunea unei planete. De exemplu, daca lumina stelei se diminueaza cu 1%, acest lucru indica faptul ca planeta are o masa egala cu 1% din marimea stelei, iar marimea stelei este estimata prin studierea spectrului de lumina produs de aceasta.

Aceasta metoda are si 2 dezavantaje. Primul este ca planeta trebuie sa se afle pe aceeasi linie cu cea a observatorului, sa tranziteze steaua, iar al doilea dezavantaj este rata mare de descoperiri false. O detectare a unui tranzit necesita confirmare, obtinuta de obicei prin metoda vitezei radiale.

Sincronizarea pulsarului

Un pulsar este o stea neutronica. O mica ramasita (cu o raza de 10-15 km), extrem de densa, a unei stele care a colapsat ce emite energie sub forma unui flux de particule electromagneticce concentrat la polii magnetici ai stelei. Tinand cont ca axa magnetica a stelei nu coincide cu axa sa de rotatie, radiatia, privita dintr-un punct din spatiu, este vazuta asa cum ar fi observata lumina unui far.

Deoarece rotatia sa este regulata, anomaliile pot semnala ca in apropierea sa se afla exoplanete.

Aceasta metoda nu a fost initial folosita pentru detectarea planetelor, dar este atat de sensibila incat este capabila de detectarea planetelor foarte mici, chiar de zeci de ori mai mici decat Pamantul, ce nu ar putea fi detectate prin alte metode.

Si aceasta metoda are dezavantajele sale. Primul dezavantaj este ca pulsarii sunt intalniti destul de rar si trebuie indeplinite numeroase conditii pentru ca o planeta sa orbiteze in jurul unui pulsar. De asemenea, viata asa cum o stim, nu ar putea supravietui pe o planeta ce orbiteaza un pulsar datorita nivelului foarte ridicat de radiatii.

Microlentila gravitationala

Acest fenomen are loc atunci cand campul gravitational al unei stele se comporta precum o lupa, amplificand lumina unei stele aflate in indepartare. Efectul apare doar atunci cand 2 stele sunt aliniate aproape perfect. In ultimii 10 ani au fost observate mii de astfel de fenomene.

Daca steaua mai apropiata este orbitata de cel putin o planeta, atunci campul gravitational al acesteia poate aduce o contributie detectabila datorita efectului lentilei. Deoarece alinierea dintre sistemul planeta-stea si steaua din fundal nu va mai avea loc, iar planetele detectate se vor indeparta cu cativa kiloparseci, observatiile si confirmarea exoplanetelor descoperite folosind si alte metode, sunt practic imposibile.

Discul circumstelar

Discurile de praf cosmic, ce inconjoara multe stele, poate fi detectat deoarece acesta absoarbe lumina provenita de la stea si o re-emite ca radiatie infrarosie. Diverse trasaturi ale acestui disc de praf cosmic pot sugera prezenta unei planete. Steaua tinde sa impinga particulele de praf in spatiul interstelar, dar in acelasi timp, planetele aflate in vecinatate tind sa le atraga. Unele discuri prezinta o cavitate centrala, iar aceasta poate fi cauzata de o planeta care “curata” spatiul cosmic din vecinatatea orbitei sale de particulele de praf.

Hubble este capabil sa observe aceste discuri folosind instrumentul NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectometer), iar telescopul Spitzer ofera imagini mai bune, fiind dotat cu instrumente mai sensibile la lungimi de unda infrarosii.

Observare directa

Observarea directa a planetelor este cea mai putin folosita metoda si poate da rezultate doar in cazuri exceptionale. Fiind greu de observat in surse slabe de lumina, aceasta metoda poate fi folosita doar pentru planetele din sistemul nostru solar, sau pentru planetele masive (giganti gazosi) ce emit o radiatie infrarosie.  Au fost totusi descoperite si fotografiate o serie de planete cu o masa de 3 – 10 ori mai mare decat a lui Jupiter la observatoarele Keck si Gemini. Hubble de asemenea a observat direct o planeta orbitand steaua Fomalhaut din constelatia Pestele austral, avand masa de 3 ori decat cea a lui Jupiter.

In prezent se deruleaza o serie de proiecte de adaugare de instrumente suficient de sensibile pentru a observa direct exoplanetele, la telescoapele Gemini, VLT si Subaru.

Bibliografie:
https://exoplanets.nasa.gov/interactable/11/
http://www.scientia.ro/119-stiinta-la-minut/concepte-explicate-in-60-de-secunde/3173-explicatie-exoplanete-in-tranzit.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_exoplanets

LĂSAȚI UN MESAJ