Care sunt metodele prin care se descoperă exoplanetele? Poți să o faci și tu?

O exoplanetă este o planetă care nu aparține Sistemului Solar, care ori orbitează o altă stea, ori se mișcă liber prin spațiu. Descoperirea lor este destul de dificilă pentru că nu au lumină proprie și pentru că se află la distanțe mari.

Conform NASA, pe 7 noiembrie 2021, erau cunoscute 4.566 de exoplanete (alte 7.913 sunt candidate la acest statut), din care doar 168 considerate de tip terestru. Majoritatea a fost descoperită prin metoda tranzitării, 75%, sau a vitezei radiale, 20%, doar 1% fiind dezvăluite prin imagini directe. Un interes mai mare este acordat celor ”telurice”, care orbitează zona locuibilă, acolo unde ar putea exista apă lichidă și poate chiar viață.
Prima descoperire a unei exoplanete a fost făcută în 1988, dar astronomii care au ”văzut-o” au crezut că era mai degrabă o pitică cenușie. Confirmarea a venit până la urmă în 2003. În 1992, s-a anunțat descoperirea a două corpuri fără lumină proprie ce se învârteau în jurul unui pulsar aflat în constelația Fecioara. În 1995, a venit rândul descoperirii unei exoplanete ce orbita o stea aflată în secvența principală, 51 Pegasi. Apoi, aceste astre, au fost scoase la iveală în număr din ce în ce mai mare, numai telescopul spațial Kepler descoperind 715.

Dar cum se pot descoperi exoplanete? Și, o altă întrebare, există posibilitatea ca și astronomii amatori să găsească noi ”Pământuri”?

Metoda tranzitării
Dacă atunci când se privește o stea, se observă o scădere în luminozitatea ei, atunci cel mai probabil a avut loc un tranzit, un alt obiect a trecut prin fața sa, obturîndu-l. Majoritatea exoplanetelor, 75%, a fost descoperită astfel, dar această metodă ține puțin și de șansă, pentru că înclinațiile orbitelor planetare trebuie să fie astfel orientate încât să poată fi văzută trecerea lor prin fața stelelor. În plus, trebuie excluse și cazurile când diminuările în luminozitate se datorează unor caracteristici de suprafață a astrelor, de exemplu pete stelare, sau faptul că este un sistem binar. Pentru a confirma descoperirile unor planete prin această metodă sunt necesare observații suplimentare, folosind și alte procedee.


Vizarea directă

O imagine a unei exoplanete este poate dovada cea mai bună a existenței sale dar pentru a produce așa ceva este nevoie de telescoape foarte mari. Teoretic, pentru a distinge Jupiter de Soare, dacă acestea s-ar afla la 600 de ani lumină, ar fi nevoie de un diametru al telescopului de 8 metri, iar pentru a distinge Pământul de Soare, în aceeași situație, un diametru de 39 de metri (Chauvin & colab, 2017). Pentru a rezolva problema constrastului extrem dintre lumina reflectată de exoplanetă și strălucirea stelei gazdă, se folosesc coronagrafe, prin care se maschează lumina stelară. Sub 100 de exoplanete au fost vizualizate direct.


Metoda microlentilei gravitaționale

Metoda se folosește atunci când două stele sunt perfect aliniate, câmpul gravitațional al celei mai apropiate comportându-se ca o lentilă care mărește lumina celei mai îndepărtate. Acest eveniment durează puțin, zile sau săptămâni. Atunci când steaua mai apropiată are cel puțin o planetă aceasta poate contribui la efectul de lentilă și asta se poate măsura. Dar, aliniamentul nu se întâmplă foarte des și drept urmare stelele trebuie urmărite pentru perioade îndelungate de timp. În plus, repetarea observării nu e posibilă, pentru că efectul de lentilă nu se mai produce și a doua oară, exact aceeași așezare fiind imposibilă. Principalul avantaj este că se pot detecta exoplanete cu mase mici sau care au orbite foarte mari sau care fac parte din sisteme stelare aflate la distanțe foarte mari de noi. Puțin peste 100 de exoplanete au fost descoperite astfel.


Metoda astrometrică

Planetele din Sistemul Solar, chiar dacă sunt mult mai mici și mai ușoare decât Soarele, exercită un efect asupra acestuia și-l fac să aibă o mișcare de ”revoluție” în jurul unui centru de masă comun, care se află de cele mai multe ori în interiorul lui. Rezultatul nu este chiar o mișcare așa cum are Terra ci mai degrabă o clătinare (influența dată de Jupiter mișcă Soarele cu viteze medii de 13 m/s). Același lucru se întâmplă și cu alte stele cu planete, iar metoda astrometrică se bazează exact pe detectarea acestui aproape imperceptibil indicator, pentru asta fiind nevoie de instrumente foarte sensibile. Cât de sensibile? Dacă am vrea să calculăm clătinarea unei stele de mărimea Soarelui dar aflată la 42 de ani lumină distanță, dată tot de o planetă de mărimea lui Jupiter, atunci aceasta s-ar abate cu o cincime de milionime de grad. E ca și cum am vedea de pe Pământ, explică aavso.org, o deplasare de 1,5 milimetri a Stației Spațiale Internaționale pe orbita sa. Doar 0,02% dintre exoplanetele cunoscute au fost detectate astfel.


Metoda vitezei radiale

Clătinarea unei stele se poate detecta și prin observarea de deplasări în spectrul electromagnetic al luminii emise. Metoda folosește efectul Doppler, compresia sau extinderea frecvenței undelor emise de o sursă care se deplasează dinspre (lumina deplasată spre capătul roșu al spectrului vizibil) sau înspre (lumina deplasată spre capătul albastru al spectrului vizibil) observator. Și în acest caz vorbim de deplasări minuscule, steaua mișcându-se astfel spre și dinspre punctul de observare. De exemplu, mișcarea Soarelui produsă de Jupiter îi schimbă acestuia liniile spectrale cu doar 0,000004%. Chiar și așa, această metodă a dus la descoperirea a peste 20% din exoplanetele confirmate. Majoritatea acestora sunt de mărimea lui Jupiter și orbitează aproape de steaua lor.

Nu numai astronomii profesioniști, cu ajutorul telescoapelor imense de la sol sau al celor spațiale, pot descoperi exoplanete. Și cu echipamente mai ieftine, mai mici, cu telescoape la 20 de centimetri de exemplu, se poate dezvălui eclipsarea unei stele în momentul în care o exoplanetă trece prin fața ei (diferența dintre curbele de lumină, una realizată cu un telescop profesionist, alta cu unul ”de amatori”, în poza de mai jos). Iar dacă descoperiri nu mai se pot face sau sunt foarte dificil de realizat cu aparatură de amatori, sigur observații ulterioare ale planetelor deja confirmate pot fi făcute. Examinarea poate oferi date importante pentru studiul acestora.

Planeta Negoiu orbitează steaua Moldoveanu

În 2019, cu ocazia aniversării a 100 de ani de la înființarea Uniunii Astronomice Internaționale (UAI), 112 țări, printre care și România, au organizat campanii care vizau selecția unor nume pentru o exoplanetă și steaua sa gazdă. Astfel, sistemul XO-1, aflat la o distanță de 536 de ani lumină în constelația Corona Borealis, a primit două nume românești, respectiv „Moldoveanu” pentru stea și „Negoiu” pentru exoplanetă. Denumirile au fost date de Ioan Tudor, membru al Astroclubului București, UAI aprobând propunerea pe 17 decembrie 2019. Steaua este asemănătoare Soarelui dar de peste patru ori mai tânără, având doar un miliard de ani. Exoplaneta XO-1 b are o rază medie de 1,21 ori mai mare decât cea a lui Jupiter, iar un an durează aproape cât patru zile pe Pământ.

Cea mai apropiată, la 4,3 al, cea mai îndepărtată, la peste 27.000 al

Cea mai apropiată exoplanetă de noi este Proxima Centauri b, planetă care orbitează o stea pitică roșie, Proxima Centauri, aflată la aproximativ 4,3 ani lumină de Soare, în constelația Centaurul. A fost descoperită în 2016, prin metoda vitezei radiale, de Observatorul European de Sud, fiind o planetă telurică care orbitează în zona locuibilă, cu o masă minimă de cel puțin 1,27 mase terestre. Un an pe această planetă ține puțin peste 11 zile terestre. Singura ei problemă este că astrul în jurul căreia se învârte este o stea eruptivă, care manifestă creșteri ale luminozității spectaculoase și imprevizibile.

Cele mai îndepărtate exoplanete descoperite (și confirmate) până în acest moment sunt aflate la puțin peste 27.000 de ani lumină în Galaxia Noastră, în constelația Săgetător. SWEEPS-04 și SWEEPS-11 au fost dezvăluite prin metoda tranzitării în 2006. Prima dintre ele are o masă de maxim 3,8 ori mai mare decât a lui Jupiter și orbitează în jurul stelei la o distanță medie de 8 milioane km, 0,055 unități astronomice, în 4,2 zile. În ce o privește pe a doua, are o masă de aproape 10 ori cât cea a lui Jupiter și orbitează în doar 43 de ore (anul pe SWEEPS-11 ține 43 de ore terestre).

Exoplanete în afara Căii Lactee?

Exoplanetele extragalactice sunt extraordinar de greu de depistat, din moment ce Galaxia Noastră are peste 100.000 de ani lumină în diametru, dar există câteva candidate la acest titlu, una dintre ele în Andromeda (M31), situată la 2,5 milioane de ani lumină de noi, alta în galaxia Volburei (Whirlpool, M51a), aflată la 27 de milioane de ani lumină de Terra.

• Planetele cu cel mai lung an sunt 2MASSS J2126-8140, 900.000 de ani tereștri, și COCONUTS-2b, 1,1 milioane de ani tereștri.
• Planeta cu cel mai scurt an este SWIFT J1756.9-2508 b, aproape 49 de minute terestre. Dacă ne referim la o planetă care orbitează o stea în secvența principală, atunci recordul este de 4,3 ore terestre.
• Cea mai tânără exoplanetă este considerată Proplyd 133-353, are jumătate de milion de ani.
• Cea mai în vârstă exoplanetă este PSR B1620-26 b (Matusalem), are 13 miliarde de ani.
• Sistemul cu cele mai multe planete este Tau Ceti, din constelația Balena, aflată la 12 ani lumină de Soare. Are 6 confirmate și încă 4 candidate.
• Sistemul cu cele mai multe planete aflate în zona circumstelară locuibilă, 4 din 7, este TRAPPIST-1. Steaua se află în constelația Vărsătorul, la 40 de ani lumină de Soare.

Foto & Video: NASA