WFIRST: Ανακάλυψη εξωπλανητών και ο “βαρυτικός φακός”

To  Wide Field Infrared Survey Telescope(WFIRST) είναι ένα πολλά υποσχόμενο τηλεσκόπιο της NASA. Η εκτόξευση του έχει προγραμματιστεί για το 2025.  Στόχος του είναι να εντοπίσει εξωπλανήτες στο κέντρο του Γαλαξία μας, όπου βρίσκονται και τα περισσότερα άστρα. Η μελέτη των εξωπλανητών θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες. Επιπλέον, η αναζήτηση κατοικήσιμων εξωπλανητών θα γίνει πιο ολοκληρωμένη γιατί θα συνδυάζονται παρατηρήσεις από αυτό το τηλεσκόπιο με το τηλεσκόπιο Kepler και το τηλεσκόπιο TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite).

Το φαινόμενο του “βαρυτικού φακού”

Σχηματική αναπαράσταση του βαρυτικού φακού Πηγή:spacetelescope.org

Το φαινόμενο αυτό αναφέρεται για πρώτη φορά από τον Einstein και είναι μία από τις προβλέψεις της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας. Επιβεβαιώθηκε πειραματικά  από τον Βρετανό φυσικό Sir Arthur Eddington κατά τη διάρκεια μιας ολικής ηλιακής έκλειψης το 1919. Παρακάτω θα δούμε και πώς θα χρησιμοποιηθεί από το WFIRST.

Τι είναι όμως το φαινόμενο του βαρυτικού φακού; Συμβαίνει όταν το φως περνά κοντά από ένα ογκώδες αντικείμενο. Οτιδήποτε διαθέτει μάζα, αλλοιώνει το χωροχρονικό ύφασμα. Φανταστείτε ένα βαρύ αντικείμενο(π.χ. μια μπάλα του bowling) που το τοποθετούμε πάνω σε ένα τεντωμένο και ελαστικό υλικό (π.χ.ένα τραμπολίνο) και προκαλεί ένα βαθούλωμα. Το φως ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή. Αλλά όταν ο χωροχρόνος είναι αλλοιωμένος, το οποίο συμβαίνει κοντά σε κάτι ογκώδες όπως ένα αστέρι,τότε το φως ακολουθεί την καμπύλη. (Θα δούμε πώς θα το εκμεταλλευτεί αυτό το WFIRST.) Κάθε φορά που δύο άστρα ευθυγραμμίζονται (με βάση τη δική μας οπτική γωνία), το φως από το πιο μακρινό άστρο καμπυλώνει καθώς ταξιδεύει μέσα από τον αλλοιωμένο χωροχρόνο του πιο κοντινού άστρου. Αν η ευθυγράμμιση είναι ιδιαίτερα κοντά, το κοντινότερο άστρο δρα ως φυσικός μεγεθυντικός φακός, συγκεντρώνοντας και εντείνοντας  το φως από το άστρο που βρίσκεται στο υπόβαθρο.

Ένα δυαδικό σύστημα από δύο κόκκινους νάνους που αλλοιώνει το χωροχρόνο Πηγή:livescience.com, © M. Rębisz

Πώς θα χρησιμοποιήσει όμως το WFIRST το φαινόμενο αυτό; Πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από το άστρο που βρίσκεται στο προσκήνιο, τροποποιούν κι αυτοί το φως, δρώντας κι αυτοί ως μικροσκοπικοί μεγεθυντικοί φακοί. Αυτή η αλλοίωση, επιτρέπει στους αστρονόμους να μετρήσουν τη μάζα ενός πλανήτη και την απόσταση του από το άστρο του.

Τι είδους πλανήτες θα ανακαλύψει το WFIRST;

Τι πλανήτες έχουν ανακαλυφθεί ήδη; Μέχρι σήμερα έχουν ανακαλυφτεί περισσότεροι από 4000 εξωπλανήτες. Όμως από αυτούς μόνο 86 έχουν ανακαλυφθεί μέσω της μεθόδου του βαρυτικού φακού. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται συνήθως για την εύρεση εξωπλανητών είναι θετικά μεροληπτικές ως προς πλανήτες πολύ διαφορετικούς από αυτούς του ηλιακού μας συστήματος. Για πάραδειγμα, αν η μέθοδος της διάβασης (transit) χρησιμοποιούνταν σε ένα ηλιακό σύστημα όπως το δικό μας, μπορεί να μην εντόπιζε κανέναν πλανήτη!
Τι περιμένουμε από το WFIRST σε αυτόν τον τομέα; Το WFIRST, θα μας βοθήσει να βρούμε αντιστοίχους πλανήτες με κάθε έναν του ηλιακού μας  συτήματος, εκτός του Ερμή. Αναμένεται να βρει πλανήτες που έχουν μάζα ίδια με της Γης και μικρότερους, ίσως ακόμα και μεγάλα φεγγάρια όπως ο Γανυμήδης, δορυφόρος του Δία.Η μέθοδος του βαρυτικού φακού είναι καλύτερη στην ανίχνευση εξωπλανητών από την κατοικήσιμη ζώνη των άστρων και πιο μακριά. Δηλαδή συμπεριλαμβάνονται και παγωμένοι γίγαντες, όπως ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας, αλλά και πλανήτες που περιφέρονται ελεύθεροι στον γαλαξία αδέσμευτοι από την βαρύτητα οποιουδήποτε άστρου.

Καλλιτεχνική απεικόνιση ελεύθερου πλανήτη που ανακαλύφθηκε το 2018 Πηγή: space.com, © Chuck Carter; NRAO/AUI/NSF/Caltech

Επιπλέον, ο WFIRST θα επιβεβαιώσει ή θα απορρίψει μια μελέτη του 2016 που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal. Η μελέτη αυτή υποστηρίζει ότι οι παγωμένοι γίγαντες πιθανόν να είναι η πλειοψηφία των πλανητών στον γαλαξία μας. Συνεπώς, θα κατανοήσουμε καλύτερα ποια χαρακτηριστικά των πλανητών είναι τα πιο συχνά.
Τέλος, το WFIRST αναμένεται να πετύχει ακόμα περισσότερα από την ανακάλυψη εξωπλανητών. Ο  Matthew Penny, καθηγητής Φυσικής και αστρονομίας στο Louisiana State University στο Baton Rouge, είπε: “Η έρευνα του WFIRST μέσω του βαρυτικού φακού, όχι μόνο θα εξελίξει την κατανόηση μας για τα πλανητικά συστήματα , αλλά θα καταστήσει δυνατές και άλλες μελέτες, όπως η δομή και ο σχηματισμός του εσωτερικού του Γαλαξία μας και ο πληθυσμών των μαύρων τρυπών καθώς και άλλων σκοτεινών αντικειμένων που είναι δύσκολο ή αδύνατο να μελετηθούν με άλλο τρόπο”

Πηγές: nasa.gov
jpl.nasa.gov
wfirst.gsfc.nasa.gov
einstein-online.info
πηγη