Ανακαλύψη πλανητών με το ''ρωμαϊκό'' διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA

nasa.gov - 7spymania.com   -  Νέες προσομοιώσεις δείχνουν ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman της NASA θα είναι σε θέση να αποκαλύψει μυριάδες πλανήτες ''απατεώνες'' - ελεύθερα πλωτά σώματα που παρασύρονται από τον γαλαξία μας χωρίς σύνδεση σε ένα αστέρι.

Η μελέτη αυτών των ''νησιωτικών'' κόσμων θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε περισσότερα για το πώς σχηματίζονται, εξελίσσονται και καταρρέουν τα πλανητικά συστήματα.

Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν πλανήτες πέρα ​​από το ηλιακό μας σύστημα, γνωστοί ως εξωπλανήτες, τη δεκαετία του 1990. Γρήγορα πήγαμε από τη γνώση μόνο του πλανητικού μας συστήματος στην συνειδητοποίηση ότι οι πλανήτες πιθανώς ξεπερνούν τα εκατοντάδες δισεκατομμύρια αστέρια στον γαλαξία μας. Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων βρίσκει τρόπους για να βελτιώσει την κατανόησή μας για τα δημογραφικά στοιχεία του πλανήτη, αναζητώντας ''απατεώνες''.

«Καθώς η άποψή μας για το σύμπαν έχει επεκταθεί, συνειδητοποιήσαμε ότι το ηλιακό μας σύστημα μπορεί να είναι ασυνήθιστο», δήλωσε ο Samson Johnson, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Ohio State University στο Columbus, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής προσπάθειας. «Ο ''Ρωμαίος'' θα μας βοηθήσει να μάθουμε περισσότερα για το πώς ταιριάζουμε στο κοσμικό σχήμα των πραγμάτων μελετώντας ''απατεώνες'' πλανήτες».

Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Astronomical Journal, επικεντρώνονται στην ικανότητα του Ρωμαϊκού Διαστημικού Τηλεσκοπίου να εντοπίζει και να χαρακτηρίζει απομονωμένους πλανήτες. Οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει προσωρινά μερικούς από αυτούς τους νομαδικούς κόσμους μέχρι στιγμής επειδή είναι τόσο δύσκολο να εντοπιστούν.

Εύρεση γαλαξιακών νομάδων

Ο ''Ρωμαίος'' θα βρει ''απατεώνες'' πλανήτες πραγματοποιώντας μια μεγάλη έρευνα με μικροαισθητήρα. Ο βαρυτικός φακός είναι ένα φαινόμενο παρατήρησης που συμβαίνει επειδή η παρουσία μαζικής στρέβλωσης του ιστού του χωροχρόνου. Το αποτέλεσμα είναι ακραίο γύρω από πολύ τεράστια αντικείμενα, όπως μαύρες τρύπες και ολόκληρους γαλαξίες. Ακόμη και οι μοναχικοί πλανήτες προκαλούν έναν ανιχνεύσιμο βαθμό στρέβλωσης, που ονομάζεται microlensing.

New simulations show that NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope will be able to reveal myriad rogue planets – freely floating bodies that drift through our galaxy untethered to a star. Studying these island worlds will help us understand more about how planetary systems form, evolve, and break apart.

Astronomers discovered planets beyond our solar system, known as exoplanets, in the 1990s. We quickly went from knowing of only our own planetary system to realizing that planets likely outnumber the hundreds of billions of stars in our galaxy. Now, a team of scientists is finding ways to improve our understanding of planet demographics by searching for rogue worlds.

“As our view of the universe has expanded, we’ve realized that our solar system may be unusual,” said Samson Johnson, a graduate student at Ohio State University in Columbus who led the research effort. “Roman will help us learn more about how we fit in the cosmic scheme of things by studying rogue planets.”

The findings, published in the Astronomical Journal, center on the Roman Space Telescope’s ability to locate and characterize isolated planets. Astronomers have only tentatively discovered a few of these nomad worlds so far because they are so difficult to detect.

Finding galactic nomads

Roman will find rogue planets by conducting a large microlensing survey. Gravitational lensing is an observational effect that occurs because the presence of mass warps the fabric of space-time. The effect is extreme around very massive objects, like black holes and entire galaxies. Even solitary planets cause a detectable degree of warping, called microlensing.

α.This animation shows how gravitational microlensing can reveal island worlds. When an unseen rogue planet passes in front of a more distant star from our vantage point, light from the star bends as it passes through the warped space-time around the planet. The planet acts as a cosmic magnifying glass, amplifying the brightness of the background star.

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab

Εάν ένας ''απατεώνας'' πλανήτης ευθυγραμμιστεί στενά με ένα πιο μακρινό αστέρι από το πλεονεκτικό σημείο μας, το φως του αστεριού θα λυγίσει καθώς ταξιδεύει στον κυρτό χωροχρόνο γύρω από τον πλανήτη. Το αποτέλεσμα είναι ότι ο πλανήτης ενεργεί σαν ένα φυσικό μεγεθυντικό φακό, ενισχύοντας το φως από το αστέρι του φόντου. Οι αστρονόμοι βλέπουν το αποτέλεσμα ως μια ακίδα στη φωτεινότητα του αστεριού καθώς το αστέρι και ο πλανήτης έρχονται σε ευθυγράμμιση. Η μέτρηση του τρόπου με τον οποίο αλλάζει η ακίδα με την πάροδο του χρόνου αποκαλύπτει στοιχεία για τη μάζα του απατεώνα πλανήτη.

«Το σήμα μικροαισθητοποίησης από έναν ''απατεώνα'' πλανήτη διαρκεί μόνο λίγες ώρες και μερικές μέρες και στη συνέχεια εξαφανίζεται για πάντα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Μάθιου Πένυ, επίκουρος καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο κρατικό πανεπιστήμιο της Λουιζιάνας στο Μπατόν Ρουζ. «Αυτό τους καθιστά δύσκολο να παρατηρήσουν από τη Γη, ακόμη και με πολλαπλά τηλεσκόπια. Ο Ρωμαίος είναι ένα παιχνίδι αλλαγής παιχνιδιών για απατεώνες πλανήτες. "

Η μικροαισθητοποίηση προσφέρει τον καλύτερο τρόπο για συστηματική αναζήτηση πλανητών - ειδικά εκείνων με χαμηλή μάζα. Δεν λάμπουν σαν αστέρια και συχνά είναι πολύ δροσερά αντικείμενα, εκπέμπουν πολύ λίγη θερμότητα για να βλέπουν τα τηλεσκόπια υπέρυθρων. Αυτοί οι ασταθείς κόσμοι είναι ουσιαστικά αόρατοι, αλλά ο Ρωμαίος θα τους ανακαλύψει έμμεσα χάρη στα βαρυτικά τους αποτελέσματα στο φως πιο μακρινών αστεριών.

Μαθήματα από κοσμικά καστόρια

Ο Τζόνσον και οι συν-συγγραφείς έδειξαν ότι ο Ρωμαίος θα είναι σε θέση να εντοπίσει απατεώνες πλανήτες με μάζες τόσο μικρές όσο ο Άρης. Η μελέτη αυτών των πλανητών θα βοηθήσει στη μείωση των ανταγωνιστικών μοντέλων πλανητικού σχηματισμού.

Η διαδικασία δημιουργίας πλανητών μπορεί να είναι χαοτική, καθώς μικρότερα αντικείμενα συγκρούονται μεταξύ τους και μερικές φορές κολλάνε μεταξύ τους για να σχηματίσουν μεγαλύτερα σώματα. Είναι παρόμοιο με τη χρήση ενός κομματιού για να πάρει άλλα κομμάτια. Αλλά περιστασιακά οι συγκρούσεις και οι στενές συγκρούσεις μπορεί να είναι τόσο βίαιες που πετούν έναν πλανήτη από τη βαρυτική λαβή του γονικού του αστέρα. Εκτός αν καταφέρει να σέρνει ένα φεγγάρι μαζί του, ο νέος ορφανός κόσμος είναι καταδικασμένος να περιπλανιέται μόνος του στον γαλαξία.

If a rogue planet aligns closely with a more distant star from our vantage point, the star’s light will bend as it travels through the curved space-time around the planet. The result is that the planet acts like a natural magnifying glass, amplifying light from the background star. Astronomers see the effect as a spike in the star’s brightness as the star and planet come into alignment. Measuring how the spike changes over time reveals clues to the rogue planet’s mass.

“The microlensing signal from a rogue planet only lasts between a few hours and a couple of days and then is gone forever,” said co-author Matthew Penny, an assistant professor of physics and astronomy at Louisiana State University in Baton Rouge. “This makes them difficult to observe from Earth, even with multiple telescopes. Roman is a game-changer for rogue planet searches.”

Microlensing offers the best way to systematically search for rogue planets – especially those with low masses. They don’t shine like stars and are often very cool objects, emitting too little heat for infrared telescopes to see. These vagabond worlds are essentially invisible, but Roman will discover them indirectly thanks to their gravitational effects on the light of more distant stars.

Lessons from cosmic castaways

Johnson and co-authors showed that Roman will be able to detect rogue planets with masses as small as Mars. Studying these planets will help narrow down competing models of planetary formation.

The planet-building process can be chaotic, since smaller objects collide with one another and sometimes stick together to form larger bodies. It’s similar to using a piece of playdough to pick up other pieces. But occasionally collisions and close encounters can be so violent that they fling a planet out of the gravitational grip of its parent star. Unless it manages to drag a moon along with it, the newly orphaned world is doomed to wander the galaxy alone.

β.This illustration shows a rogue planet drifting through the galaxy alone.

Credits: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (Caltech-IPAC)

Download this video in HD formats from NASA Goddard's Scientific Visualization Studio

Οι  πλανήτες αυτοί μπορεί επίσης να σχηματιστούν μεμονωμένα από σύννεφα αερίου και σκόνης, παρόμοιο με το πώς μεγαλώνουν τα αστέρια. Ένα μικρό νέφος αερίου και σκόνης θα μπορούσε να καταρρεύσει για να σχηματίσει έναν κεντρικό πλανήτη αντί για ένα αστέρι, με φεγγάρια αντί για πλανήτες που τον περιβάλλουν.

Ο Roman θα δοκιμάσει μοντέλα πλανητικού σχηματισμού και εξέλιξης που προβλέπουν διαφορετικούς αριθμούς αυτών των απομονωμένων κόσμων. Ο προσδιορισμός της αφθονίας και των μαζών των απατεώνων πλανητών θα προσφέρει μια εικόνα για τη φυσική που οδηγεί τον σχηματισμό τους. Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η αποστολή θα παρέχει έναν απατεώνα αριθμό πλανητών που είναι τουλάχιστον 10 φορές πιο ακριβής από τις τρέχουσες εκτιμήσεις, οι οποίες κυμαίνονται από δεκάδες δισεκατομμύρια έως τρισεκατομμύρια στον γαλαξία μας. Αυτές οι εκτιμήσεις προέρχονται κυρίως από παρατηρήσεις από επίγεια τηλεσκόπια.

Εφόσον ο Ρωμαίος θα παρατηρήσει πάνω από την ατμόσφαιρα, σχεδόν ένα εκατομμύριο μίλια μακριά από τη Γη προς την κατεύθυνση απέναντι από τον Ήλιο, θα αποφέρει πολύ ανώτερα αποτελέσματα μικροαισθητήρα. Εκτός από την παροχή πιο ευκρινούς προβολής, η προοπτική του Ρωμαίου θα της επιτρέψει να κοιτάζει συνεχώς το ίδιο κομμάτι του ουρανού για μήνες κάθε φορά. Ο Τζόνσον και οι συνάδελφοί του έδειξαν ότι η έρευνα της Roman για μικροαισθητοποίηση θα εντοπίσει εκατοντάδες απατεώνες πλανήτες, παρόλο που θα ψάξει μόνο μια σχετικά στενή λωρίδα του γαλαξία.

Μέρος της μελέτης περιελάμβανε τον προσδιορισμό του τρόπου ανάλυσης των μελλοντικών δεδομένων της αποστολής για την απόκτηση ακριβέστερης απογραφής. Οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να κάνουν παρέκταση από τον αδίστακτο πλανήτη του Ρωμαίου για να εκτιμήσουν πόσο κοινά είναι αυτά τα αντικείμενα σε ολόκληρο τον γαλαξία.

«Το σύμπαν θα μπορούσε να γεμίσει με απατεώνες πλανήτες και δεν θα το γνωρίζαμε καν», δήλωσε ο Scott Gaudi, καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο και συν-συγγραφέας της εφημερίδας. «Ποτέ δεν θα το μάθαμε χωρίς να κάνουμε μια διεξοδική, διαστημική έρευνα μικροσκοπικής έρευνας όπως θα κάνει η Roman».

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman διαχειρίζεται στο Goddard, με τη συμμετοχή του εργαστηρίου Jet Propulsion της NASA και του Caltech / IPAC στο Pasadena, το Ινστιτούτο Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη και μια επιστημονική ομάδα που αποτελείται από επιστήμονες από ερευνητικά ιδρύματα σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες.

Rogue planets may also form in isolation from clouds of gas and dust, similar to how stars grow. A small cloud of gas and dust could collapse to form a central planet instead of a star, with moons instead of planets surrounding it.

Roman will test planetary formation and evolution models that predict different numbers of these isolated worlds. Determining the abundance and masses of rogue planets will offer insight into the physics that drives their formation. The research team found that the mission will provide a rogue planet count that is at least 10 times more precise than current estimates, which range from tens of billions to trillions in our galaxy. These estimates mainly come from observations by ground-based telescopes.

Since Roman will observe above the atmosphere, nearly a million miles away from Earth in the direction opposite the Sun, it will yield far superior microlensing results. In addition to providing a sharper view, Roman’s perspective will allow it to stare at the same patch of sky continuously for months at a time. Johnson and his colleagues showed that Roman’s microlensing survey will detect hundreds of rogue planets, even though it will search only a relatively narrow strip of the galaxy.

Part of the study involved determining how to analyze the mission’s future data to obtain a more accurate census. Scientists will be able to extrapolate from Roman’s rogue planet count to estimate how common these objects are throughout the entire galaxy.

“The universe could be teeming with rogue planets and we wouldn’t even know it,” said Scott Gaudi, a professor of astronomy at Ohio State University and a co-author of the paper. “We would never find out without undertaking a thorough, space-based microlensing survey like Roman is going to do.”

The Nancy Grace Roman Space Telescope is managed at Goddard, with participation by NASA's Jet Propulsion Laboratory and Caltech/IPAC in Pasadena, the Space Telescope Science Institute in Baltimore, and a science team comprising scientists from research institutions across the United States.

Banner: High-resolution illustration of the Roman spacecraft against a starry background. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

nasa.gov - 7spymania.com