za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

23 цикл (продолжение)



                             Свежий фильм 2014 года про самый знаменитый космический телескоп.



    В заключительной части про 23 цикл космического телескопа Хаббл пойдет речь о новых программах по изучению ближайших систем, коричневых карликов и экзопланет.



   Ближайшие системы


     В ходе 23 цикла продолжится астрометрический мониторинг третьей ближайшей системы. Я уже писал о нем, рассказывая о 22 цикле. Называемая точность измерений в 0.05 mas примерно в 4 раза лучше, чем опубликованная (0.2 mas) для крупнейших наземных телескопов (VLT и Кек). Подобная точность позволяет обнаружить планеты даже с массой всего в несколько масс Земли. В тоже время в этом цикле на эту программу выделено значительно меньше времени, чем в прошлом (2 орбиты против 11).
 
     Другая программа планирует детальные исследования четвертой ближайшей известной системы - WISE 0855-0714. Этот объект уникален тем, что является самым холодным из известных объектов, обнаруженных за пределами Солнечной Системы. В 22 цикле Хаббл смог обнаружить WISE 0855-0714 в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью камеры WFC3. Это обнаружение в фильтре F110W (0.8-1.4 микрон) показало, что он слишком слабый для спектроскопии, но в тоже время существует возможность получения его фотометрии в других фильтрах. Поэтому в 23 цикле запланированы наблюдения WISE 0855-0714 в трех новых диапазонах с помощью камер ACS и WFC3. На эти цели выделяются 18 орбит космического телескопа, по сравнению с 6 орбитами в прошлом цикле. Другая программа также посвящена получению инфракрасной фотометрии для этого объекта в фильтрах F105W, F125W и F160W. На эту программу выделено 13 орбит.

     Также продолжается программа по астрометрии ярких визуальных двойных с целью уточнения их масс и поиска планет. В частности, в нее входят такие известные близкие системы, как Процион, Сириус, Мю Кассиопея.

     С другой стороны в 23 цикле, к сожалению, не оказалось программы по подтверждению возможной транзитной планеты у Альфы Центавра. Научная публикация об этом обнаружении была одной из главных сенсаций этого года. Вероятно, после неудачи в подтверждении дополнительных планет в системе Глизе 436 и гейзеров на Европе, хозяева телескопа стали более осторожно подходить к сенсационным выводам, сделанным на основе недостаточного количества данных.



    Ближайшие соседи Солнца. Источник.



    Коричневые карлики


      Кроме наблюдений двух ближайших коричневых карликов в 23 цикле также есть ещё несколько других программ, посвященных наблюдениям этого класса космических объектов. Эти программы можно разделить на два типа: астрометрические и фотометрические (спектроскопические).

      По первому типу программ продолжится 3-летний обзор трех систем коричневых карликов с очень низкими массами и спектрального типа Y. Количество наблюдательного времени увеличено с 6 до 8 орбит. В ходе другой 3-летней программы наблюдаются 11 систем двойных коричневых карликов, но уже спектральных типов L-T.

       По второму типу программ получение фотометрии помогает определять период вращения коричневых карликов, а также изучать погодные изменения на них, в частности облачность. Первая программа предлагает переанализ архивных наблюдений такого рода. Сообщается, что к этому моменту 44 коричневых карликов или планет наблюдались в течение полного или частичного периода вращения. На эти наблюдения были затрачены 144 орбит космического телескопа в течение 9 разных программ. Другая программа планирует провести уже новые наблюдения 10 холодных коричневых карликов. Ещё одна программа предлагает пронаблюдать лишь один коричневый карлик, который обладает уникальными свойствами. Дело в том, что недавно наземный телескоп NTT с помощью камеры SOFI обнаружил сильную переменность у этого молодого одиночного коричневого карлика спектрального типа L, который имеет массу в области планетных масс. Для объекта такой небольшой массы это было обнаружено впервые. Скорее всего, эта переменность вызвана вращением и неоднородной облачностью. Более точные наблюдения на Хаббле и Спитцере должны подтвердить это открытие, так как точность фотометрии на наземных телескопах хуже 2-3%, а на космических лучше 0.5%.



    Фазовая кривая для молодого коричневого карлика 2MASS J22282889-431026, полученная телескопами Хаббл (вверху) и Спитцер (снизу). Источник.


    Экзопланеты


      Космический телескоп предоставляет уникальные возможности в исследовании транзитных планет в связи с беспрецедентной точностью фотометрии (особенно в ультрафиолетовом диапазоне). Поэтому основное количество экзопланетных программ приходится именно на изучение транзитных планет. В одной из прошлых заметок приводилась следующая схема:



 Возможности в спектроскопии атмосфер транзитных экзопланет, масса которых меньше 0.18 масс Юпитера. Размер закрашенных кругов пропорционален размеру планеты, а радиус пустых кругов примерно пропорционален теоретической высоте атмосферы. Кресты без кругов означают планеты, чья масса измерена с точность хуже, чем 20%.

 На схеме в левом верхнему углу видно, что 5 планет являются перечеркнутыми. Они означают пятерку планет, для которых уже получен детальный транзитный спектр. Но лишь для одной планеты из них (HAT-P-11b) спектр показал какие-то особенности (линии поглощения воды). В остальных случаях спектры оказались плоскими, что говорит о том, что их атмосфера закрыта для изучения непрозрачной высотной дымкой.

    Поэтому очевидно, что в ближайшее время на телескопе Хаббл будут наблюдаться такие планеты на диаграмме, которые пока не перечеркнуты, и которые находятся как можно ближе к верхнему левому углу. В 22 цикле такие наблюдения проводились для 55 Рака e. В 23 цикле настанет черед HAT-P-18b и HAT-P-26b.

     В дополнение предстоят наблюдения двух суперземель в уникальной системе Кеплер-51. В этой системе обнаружено три транзитных планеты с примерными размерами с наш Юпитер. Но из тайминга транзитов получается, что их масса меньше 10 масс Земли. В свежей программе даётся некоторая разгадка рекордно низкой плотности планет в этой системе. Оказывается, возраст системы составляет всего 500 миллионов лет. Поэтому программа наблюдений попытается получить инфракрасный спектр двух планет в системе – b и d. Если на этих планетах облачность окажется не сильно плотной, то это может привести к обнаружению некоторых химических соединений: воды, метана и аммиака. Пока никто не обнаруживал химические молекулы у планет с массой меньше массы Урана.



      Масса и радиусы планет системы Кеплер-51. Источник.

     С другой стороны, очевидно, что горячие юпитеры представляют собой ещё более легкие цели для транзитной спектроскопии. Поэтому в 23 цикле предстоят наблюдения WASP-39b и коричневого карлика LHS 6343. Ещё одна программа будет наблюдать самую первую известную транзитную планету HD 209458b. В ходе неё планируется детально исследовать линии кислорода и углерода (O I и C II), чтобы лучше понять распределение этих химических элементов в атмосфере этого горячего юпитера. Другая программа предлагает пронаблюдать планеты в системе 55 Рака. Прошлый поиск водородной короны у внутренней планеты e закончился неудачей, в тоже время он позволил открыть водородную корону у нетранзитной планеты b. В ходе новой программы ученые попытаются обнаружить углерод и магний в атмосферах этих планет. Это будет сделано с помощью спектрографа COS через наблюдение спектральных линий CII и MgI.

      И наконец, в 23 цикле утверждена большая программа по транзитной спектроскопии сразу 16 экзопланет с массой между 2 и 300 масс Земли и эффективной температурой между 500 и 2000 Кельвинов. Эти наблюдения сфокусируются на линии воды (1.6 микрон) и будут использовать камеру WFC3. В общей сложности на программу будет затрачено 111 орбит наблюдательного времени космического телескопа.

     Особенно важным в транзитной спектроскопии экзопланет становится поиск водородных корон и хвостов. Об этом я писал детальный обзор здесь. Наиболее удивительный результат был получен для планеты Глизе 436 b, где обнаружена не водородная корона, а водородный хвост. Из-за ограниченности времени наблюдений не удалось точно установить длину хвоста, хотя теория предсказывает, что он растянут на половину окружности орбиты планеты. Новая программа должна завершить полный охват наблюдениями всей орбиты, чтобы точно определить длину этого хвоста.

     С другой стороны продолжаются попытки расширить число экзопланет с обнаруженными водородными коронами и хвостами. В 22 цикле такой поиск проведен для суперземли HD 97658b. В 23 цикле предлагается поискать такие короны у трех планет: планет e и f в системе Кеплер-444, а также у недавно открытого миссией К2 планетного кандидата радиусом 2.2 радиуса Земли в обитаемой зонде, обращающегося вокруг красного карлика. Первая система уникальна тем, что вокруг близкой (в 36 парсек) яркой (9 звездной величины) обращаются 5 транзитных планет, каждая из которых по размеру меньше нашей Земли. У таких небольших планет ещё никогда не обнаруживали водородные короны, поэтому в 23 цикле телескоп Хаббл произведёт их поиск у двух внешних планет в системе, которые самые крупные из всей пятерки местных планет. Ожидаются высокие шансы на успех (предполагаемый SNR=6-30). Точное название второй системы не называется, но по описанию, скорее всего это K2-18b. Диаметр этой планеты оценивается в 2.24±0.23 радиуса Земли, эффективная температура в 272±15 Кельвинов. Планета обращается вокруг своей звезды за 33 дня. Расстояние до этой звезды оценивается в 34±4 парсека, её яркость 13.5 звездных величин. Первая часть программы заключается в подтверждении планеты за счет получения с помощью камеры WFC3 высокоточной инфракрасной фотометрии. Вторая часть программы попытается обнаружить водородную корону этой планеты с помощью ультрафиолетовых наблюдений камерой STIS. Одновременно для этой системы продолжаются измерения лучевой скорости с целью точного определения её массы. Обнаружение водородной короны поможет впервые оценить парниковый эффект для потенциально обитаемой планеты.



      Сравнение размеров планет системы Кеплер-444 с внутренними планетами Солнечной Системы. Источник.
 

     В последние годы по мере развития адаптивной оптики и коронографов на крупнейших наземных телескопах, космический телескоп Хаббл всё реже используют для фотографического поиска экзопланет. Хотя одна из программ 23 цикла планирует анализ архивных снимков окрестностей 77 высокоприоритетных звезд, которые ближе 15 парсек и отобраны, как главные цели будущей космической миссии по поиску планет. В архиве Хаббла есть снимки 25 этих звезд из 77. Вероятно, после этого анализа в следующих циклах пройдет фотографирование окрестностей всех целей. Другая программа связана с непосредственными наблюдениями. Дело в том, что прошлые наблюдения показали наличие излучения водорода вокруг красных карликов с известными планетами. Это стало полной неожиданностью, так как ранее наблюдавшиеся красные карлики без известных планет такое излучение не показывали. Выдвигается три версии происхождения этого излучения: звездная фотосфера или пятна, атмосфера планет или водородный хвост от планеты (испаряющийся водород с планеты). Для проверки связи между излучением и наличием планет предлагается провести такие наблюдения для системы Глизе 832. У этого близкого красного карлика (расстояние до него 4.9 парсек) известна массивная планета, находящиеся примерно в 0.7 угловых секундах от своей звезды. Поэтому наблюдения смогут легко определить источник излучения: от звезды или от планеты (или околозвездного диска). В случае обнаружения излучения планеты в линии водорода, это откроет новые возможности в открытии или подтверждении планет у небольших звезд.

     Ещё одна программа связана с изучением планетной системы Кеплер-138. В этой системе известно три планеты с массами от массы Марса до 4 масс Земли. Недавние исследования показали большое противоречие в оценках активности звезды этой системы. С одной стороны, в рентгеновских лучах эта звезда оказалась очень тусклой, что говорит о её очень низкой магнитной активности. С другой стороны, ультрафиолетовые наблюдения телескопа GALEX и оптические спектры высокого разрешения наоборот указывают на сильную магнитную активность. Поэтому Хаббл должен получить более детальный спектр этой звезды, и разрешить эту загадку.



       Массы и радиусы трех планет системы Кеплер-138. Источник.



    Протопланетные и пылевые диски


       В последние годы в окрестностях других звезд кроме планет были открыты диски, состоящие из газа или пыли. Их изучение тоже является важной частью наблюдений Хаббла. Одно из самых известных пылевых колец (аналогов нашего пояса Койпера) находится вблизи близкой звезды Фомальгаут. Одна из программ 23 цикла предлагает провести первые поляриметрические наблюдения для этого пылевого кольца. Это позволит оценить размер пыли в этом кольце. Другим целями станут протопланетные диски у звезды Эта Телескопа и молодого коричневого карлика FW Tau b, а также предстоит более детальное исследование внесолнечных комет в системе Бета Живописца. Еще одна программа изучает процесс потери газа протопланетным диском. Другая программа исследует взаимодействие таких дисков со своими звездами.

       Отдельный интерес представляет изучение пылевых дисков у мертвых звезд – белых карликов. Происхождение этих дисков связывают с разрушением планет во время стадии красного гиганта или столкновениями астероидов. В дополнение такие диски позволяют изучать количество воды в планетных системах. Недавние наблюдения Хабблом богатого водой пылевого диска у белого карлика GD384 резко переоценили количество воды в меньшую сторону. Поэтому предлагается в ходе новой программы провести новые наблюдения для другого богатого водой пылевого диска у белого карлика GD16. Ещё для трех недавно открытых систем обзором SDSS, Хаббл уточнит возраст и химический состав. В случае системы белого карлика SDSS J1228+1040 Хаббл будет исследовать быстрые изменения, которые выявили наземные наблюдения за прошлые 11 лет.



    Художественное изображение возможной планеты у белого карлика PG 0010+280. Источник.

     Другая программа связана с недавними исследованиями оптической переменности белых карликов. Наблюдения телескопа Кеплер показали, что около половины белых карликов показывают периодические изменения блеска с небольшой амплитудой (0.01-0.1%). Одновременно наблюдения Хаббла показали, что примерно половина белых карликов показывают наличие пылевых дисков. Совмещение этих выборок наблюдавшихся звезд показало взаимосвязь между этими явлениями. Есть два объяснения этой связи: оптическую переменность вызывает либо загрязнение поверхности звезды выпадающей пылью из диска, либо это происходит по причине прохождения массивных планет по диску звезды. Новые наблюдения должны определить какой из двух вариантов вероятнее.

     Ещё одна программа предлагает уточнить статистику пылевых дисков у белых карликов. Наблюдения в 18-19 цикле около 100 белых карликов возрастом в 20-200 миллионов лет позволили оценить встречаемость таких пылевых дисков в 50%. В 22 цикле новая программа решила уточнить эту встречаемость у белых карликов возрастом 5-25 и 100-300 миллионов лет. В 22 цикле не удалось пронаблюдать все цели, поэтому расширенная программа в 23 цикле поможет завершить начатое.

     Наконец другая программа предлагает получить с помощью спектрографов COS и STIS спектры всех 43 известных белых карликов в радиусе 13 парсек. Это в том числе позволит улучшить оценки вероятности формирования каменных планет у звезд. На эту объемную задачу выделено 67 орбит наблюдательного времени телескопа.


 
      Кроме того телескоп Хаббл в 23 цикле будет участвовать в программе по проверке точности астрометрических измерений телескопа GAIA. Объединив старые наблюдения, исследователи рассчитывают измерить параллаксы 150 звезд с точностью до 0.03 mas. Забавно, что краткое описание этой программы авторы заканчивают фразой, смысл которой понятен каждому: We propose tofollow the old Russian proverb -- trust but verify.



      Телескопы ЕКА для разных диапазонов электромагнитного спектра. Источник.



     
В заключение остаётся отметить, что все перечисленные программы занимают лишь 16% от всего наблюдательного времени 23 цикла.
Tags: 23 цикл, телескоп Хаббл
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments