Το 2025, το τηλεσκόπιο επόμενης γενιάς της NASA, το Υπέρυθρο τηλεσκόπιο ευρείας πεδίου (WFIRST), θα μεταβεί στο διάστημα και θα συμμετάσχει στην αναζήτηση εξωηλιακών πλανητών. Ανάμεσα στο τηλεσκόπιό του 2,4 μέτρων (8 πόδια), τους 18 ανιχνευτές, την κάμερα 300 megapixel και την εξαιρετική ταχύτητα έρευνας που θα προσφέρει, το WFIRST θα μπορεί να σαρώσει περιοχές του ουρανού εκατό φορές μεγαλύτερες από Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble .
Πέρα από την υψηλή ευαισθησία και την προηγμένη σουίτα οργάνων, το WFIRST θα βασιστεί επίσης σε μια τεχνική γνωστή ως Gravitational Microlensing προς το αναζήτηση και χαρακτηρισμός εξωπλανήτες. Αυτή είναι ουσιαστικά μια μικρής κλίμακας έκδοση του βαρυτικό φακό τεχνική, όπου η βαρυτική δύναμη ενός τεράστιου αντικειμένου μεταξύ του παρατηρητή και του στόχου χρησιμοποιείται για την εστίαση και τη μεγέθυνση του φωτός που προέρχεται από μια μακρινή πηγή.
Μέχρι σήμερα, η πλειονότητα των εξωπλανητών έχει ανακαλυφθεί χρησιμοποιώντας το Μέθοδος διέλευσης (γνωστός και ως Transit Photometry), όπου το πέρασμα ενός πλανήτη μπροστά από ένα αστέρι (δηλαδή μια διέλευση) οδηγεί σε περιοδικές βυθίσεις στη φωτεινότητα που μπορούν να μετρηθούν. Ενώ το WFIRST θα παρακολουθεί επίσης αυτές τις πτώσεις στη φωτεινότητα, θα παρακολουθεί επίσης για περιοδικές αυξήσεις της ακτινοβολίας που παράγονται από συμβάντα μικροφακού.
Η μέθοδος μικροφακισμού
Όπως και ο Βαρυτικός Φακός (GL), αυτά τα γεγονότα είχαν προβλεφθεί από Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν , το οποίο δηλώνει ότι η καμπυλότητα του χωροχρόνου μεταβάλλεται παρουσία της βαρυτικής δύναμης που δημιουργείται από ένα τεράστιο αντικείμενο. Ενώ το GL βασίζεται σε γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών, ο μικροφακός βασίζεται σε τυχαίες ευθυγραμμίσεις μεταξύ δύο μακρινών αστεριών καθώς παρασύρονται στο διάστημα.
Κάθε φορά που δύο αστέρια ευθυγραμμίζονται στενά από το πλεονέκτημά μας εδώ στη Γη, το φως από το πιο απομακρυσμένο αστέρι καμπυλώνεται καθώς ταξιδεύει πέρα από τον στρεβλό χωροχρόνο του πλησιέστερου αστέρα. Εάν η ευθυγράμμιση είναι ιδιαίτερα κοντά, το πιο κοντινό stat θα έχει ένα εφέ 'φακού' όπου μεγεθύνει το φως που προέρχεται από το αστέρι φόντου. Ομοίως, οι πλανήτες που περιφέρονται γύρω από ένα αστέρι στο προσκήνιο έχουν επίσης ένα μικρό εφέ φακού που θα αποκαλύψει πολλά για τον ίδιο τον πλανήτη.
Λόγω του τρόπου με τον οποίο βασίζονται στις ευθυγραμμίσεις αλλαγής, τα συμβάντα μικροφακών είναι ένα σπάνιο φαινόμενο σε σύγκριση με τις διελεύσεις. Αλλά με την ικανότητά του να σαρώνει μια πολύ ευρύτερη περιοχή του ουρανού από οποιοδήποτε προηγούμενο διαστημικό τηλεσκόπιο, το WFIRST θα έχει πολύ καλύτερες πιθανότητες να ανιχνεύσει αυτά τα συμβάντα. Ως Ντέιβιντ Μπένετ, ο οποίος ηγείται της ομάδας μικροφακών βαρύτητας στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA, εξήγησε :
«Τα σήματα μικροφακού από μικρούς πλανήτες είναι σπάνια και σύντομα, αλλά είναι ισχυρότερα από τα σήματα από άλλες μεθόδους. Δεδομένου ότι είναι ένα συμβάν ενός στο εκατομμύριο, το κλειδί για την εύρεση πλανητών χαμηλής μάζας στο WFIRST είναι να αναζητήσετε εκατοντάδες εκατομμύρια αστέρια».
Επιπλέον, ο μικροφακός είναι μια καλύτερη μέθοδος για την εύρεση πλανητών που βρίσκονται σε τροχιά εντός και πέρα από τις αντίστοιχες κατοικήσιμες ζώνες του αστεριού τους (HZs). Για παράδειγμα, τα γεγονότα μικροφακών που προκαλούνται από πλανήτες σε τροχιά μπορούν να επιτρέψουν στους αστρονόμους να θέτουν αυστηρούς περιορισμούς στη μάζα και την απόσταση ενός πλανήτη από το άστρο υποδοχής του – ενώ η Μέθοδος διέλευσης είναι καλή για τη μέτρηση του μεγέθους και της περιόδου τροχιάς ενός πλανήτη, αλλά όχι της μάζας ή της απόστασής του.
Απογραφή Εξωπλανητών
Σε συνδυασμό με τις πολλές ανακαλύψεις της NASA Κέπλερ και Διερχόμενος δορυφόρος έρευνας εξωπλανητών (TESS) αποστολές, το WFIRST θα ολοκληρώσει την πρώτη απογραφή που περιλαμβάνει εξωπλανήτες με μεγάλο εύρος μαζών και τροχιών, επιτρέποντας στους αστρονόμους να περιορίσουν την αναζήτηση για κατοικήσιμους κόσμους. Είπε Ο Matthew Penny, επίκουρος καθηγητής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα, ο οποίος ηγήθηκε μιας μελέτης για την πρόβλεψη των δυνατοτήτων έρευνας μικροφακών του WFIRST:
«Το να προσπαθείς να ερμηνεύσεις τους πληθυσμούς των πλανητών σήμερα είναι σαν να προσπαθείς να ερμηνεύσεις μια εικόνα με το μισό της καλυμμένο. Για να κατανοήσουμε πλήρως πώς σχηματίζονται τα πλανητικά συστήματα, πρέπει να βρούμε πλανήτες όλων των μαζών σε όλες τις αποστάσεις. Καμία τεχνική δεν μπορεί να το κάνει αυτό, αλλά η έρευνα μικροφακών του WFIRST, σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα των Kepler και TESS, θα αποκαλύψει πολύ περισσότερα από την εικόνα.
«Η έρευνα μικροφακών του WFIRST όχι μόνο θα προωθήσει την κατανόησή μας για τα πλανητικά συστήματα, αλλά θα επιτρέψει επίσης μια ολόκληρη σειρά άλλων μελετών για τη μεταβλητότητα 200 εκατομμυρίων άστρων, τη δομή και το σχηματισμό του εσωτερικού Γαλαξία και τον πληθυσμό των μαύρων οπών και άλλων σκοτεινά, συμπαγή αντικείμενα που είναι δύσκολο ή αδύνατο να μελετηθούν με οποιονδήποτε άλλο τρόπο».
Σε αντίθεση με προηγούμενες έρευνες, το WFIRST θα εξερευνήσει περιοχές του γαλαξία που δεν έχουν γίνει ακόμη συστηματικές αναζητήσεις – το οποίο περιλαμβάνει το κέντρο του γαλαξία μας, όπου βρίσκεται η πλειονότητα των αστεριών στον Γαλαξία μας. Λόγω των δυνατοτήτων του υπέρυθρης απεικόνισης, το WFIRST θα μπορεί να δει μέσα από το αέριο και τη σκόνη που καλύπτεται, που εμποδίζουν τα τηλεσκόπια να μελετήσουν πλανήτες στην πολυσύχναστη κεντρική περιοχή.
Επιπλέον, οι έρευνες του WFIRST θα είναι επίσης πολύ πιο φιλόδοξες από τους προκατόχους του. Μεταξύ 2009 και 2018, ο Κέπλερ έψαξε 100 τετραγωνικές μοίρες του ουρανού και παρακολούθησε 100.000 αστέρια σε απόσταση περίπου 1000 ετών φωτός. Επί του παρόντος, το TESS σαρώνει ολόκληρο τον ουρανό και παρακολουθεί 200.000 αστέρια σε απόσταση περίπου 100 ετών φωτός.
Το WFIRST θα αναζητήσει μια περιοχή του ουρανού μεγέθους μόλις 3 τετραγωνικών μοιρών, αλλά θα ακολουθήσει 200 εκατομμύρια αστέρια σε αποστάσεις περίπου 10.000 ετών φωτός. Σε συνδυασμό με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), άλλο ένα υπερύθρο παρατηρητήριο επόμενης γενιάς, η μελέτη των εξωπλανητών πρόκειται να προχωρήσει σε υπερκίνηση!
Περαιτέρω ανάγνωση: NASA