În încercarea de a găsi viaţă în alte locuri din Univers, oamenii de ştiinţă care studiază planetele au detectat în ultimii 15 ani mai mult de 500 de planete în afara Sistemului Solar, aşa-numitele exoplanete. Care sunt modalităţile prin care sunt localizate astfel de planete?
Cum află astronomii dacă o planetă este locuibilă doar prin observarea micilor modificări în lumina provenită de la steaua-mamă.
Aproximativ o cincime dintre acestea au fost descoperite prin scanarea cerului în căutarea unei schimbări în strălucirea unei stele, efect care ar putea fi cauzat de trecerea unei planete prin faţa acelei stele, aşa cum se vede aceasta de pe Pământ.
Cunoscut ca tranzitare (tranzit), acest eveniment este, în esenţă, o eclipsă, doar că în loc de a bloca imaginea unui întreg corp ceresc, aşa cum îi face Luna Soarelui în timpul unei eclipse solare, o planetă în tranzitare ascunde doar o mică parte din lumina provenind dinspre steaua-mamă. Astronomii folosesc un telescop de la sol pentru a detecta aceste mici modificări - schimbări comparabile cu valoarea de 0,25 la sută din luminozitatea stelei. Apoi, ei încearcă să confirme existenţa unei planete prin atente monitorizări ulterioare.
O planetă în tranzit eclipsează o mică fracţiune din lumina provenind de la steaua mamă, permiţând astronomilor să îi detecteze prezenţa.
Credit image: NASA/ESA/G. Bacon
Descoperirea primei exoplanete în tranzit, în 1999, a oferit o modalitate de a studia exoplanetele foarte detaliat. Prin măsurarea schimbării luminii stelei mamă în timpul tranzitului, oamenii de ştiinţă pot determina foarte multe detalii despre o planetă, inclusiv masa sa precisă şi tipurile de molecule din atmosfera respectivului corp ceresc. Astfel de detalii sunt foarte importante pentru a confirma dacă o planetă este îndeajuns de mică, telurică şi suficient de rece pentru a avea apă în stare lichidă pe suprafaţa sa, deşi nici o descoperire de acest fel nu a avut loc încă.
Dintre cele 519 de exoplanete care au fost descoperite* din 1995, se întâmplă ca doar 114 să orbiteze stelele mamă la un unghi care face posibil să fie observat tranzitul lor de pe Pământ. Dar asta nu înseamnă că 20 la sută din toate exoplanetele pot fi văzute de pe Pământ tranzitând stelele lor, potrivit lui Iosua Winn, un profesor asistent în cadrul Departamentului de Fizică al MIT şi cercetător de la MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Motivul pentru care ştim de existenţa a aproximativ 100 de exoplanete este faptul că oamenii au încercat din greu să le găsească", spune Winn, care a studiat exoplanetele timp de şase ani.
Astronomii au detectat cea mai mare parte a exoplanetelor prin analiza spectrului de lungimi de undă emise de lumina unei stele, lungimi de undă cauzate de efectul Doppler; orice schimbare subtilă în acel model este probabil generată de atracţia gravitaţională a unei planete asupra stelei sale. Dar această tehnică, cunoscută sub numele de metoda vitezei radiale, oferă doar câteva detalii despre o planetă, cum ar fi masa sa minimă.
Ceea ce în acest articol am numit tranzit poate dezvălui semnificativ mai multe detalii. Prin compararea fracţiunii de lumină care dispare în timpul unui tranzit cu suma totală de lumină care este emisă de obicei de stea, cercetătorii îşi pot da seama de dimensiunea exactă a unei planete. De exemplu, dacă lumina stelei se estompează cu unu la sută, acest lucru indică faptul că planeta are o masă egală cu unu la sută din mărimea stelei sale. Cercetătorii estimează mărimea unei stele prin studierea ansamblului spectrului de lumină produs de stea.
Astronomii speră ca într-o zi să se bazeze pe tranzit pentru a testa existenţa în atmosfera unei planete a moleculelor de apă şi oxigen, care sunt esenţiale pentru mare parte din viaţă, aşa cum o cunoaştem pe Terra. Atunci când o planetă tranzitează steaua ei, moleculele din atmosfera ei absorb o parte din lumina stelară care se filtrează prin ea. Pentru că experimentele de laborator au stabilit ce tipuri de molecule sunt absorbite la lungimi de undă diferite, cercetătorii pot identifica moleculele din atmosfera unei planete prin analizarea modificărilor în lungimile de undă ale luminii. Până în prezent singurele molecule care au fost detectate în atmosfera exoplanetelor sunt metanul, dioxidul de carbon şi vaporii de apă.
În ciuda nivelului de detaliu produs de observaţiile exoplanetelor în tranzit, Winn admite că există un dezavantaj în studierea exoplanetelor în tranzit. "Ele sunt obiecte în mod inerent rare, astfel încât găsirea lor este extrem de dificilă, deoarece trebuie să căutăm într-o regiune mai mare a galaxiei şi să cercetăm zone din ce în ce mai îndepărtate de Pământ", explică el. Asta presupune studierea micilor modificări în lumina provenind de la stelele foarte slabe, o sarcină care va deveni tot mai dificilă pe măsură ce oamenii de ştiinţă vor căuta exoplanete din ce în ce mai mici. Dar există o speranţă pentru găsirea acestor planete datorită lui Kepler, un satelit NASA plasat în spaţiu, care observă 150.000 de stele, cu scopul de a detecta mici schimbări în lumina provenind de la ele, modificări ce ar putea fi cauzate de tranzitarea respectivelor stele de către planete asemănătoare Pământului.
*Notă: articolul original a fost publicat la data de 27 ianuarie 2011.
Textul este traducerea articolului Explained: Transiting exoplanets, publicat pe web.mit.edu.
Traducere: Anamaria Spătaru
