In de afgelopen decennia is de studie van planeten buiten het zonnestelsel is met grote sprongen gegroeid, met de bevestiging van meer dan 4000 exoplaneten. Met zoveel planeten beschikbaar voor studie, de focus van exoplaneetonderzoekers verschuift van ontdekking naar karakterisering. In de komende jaren, nieuwe technologieën en telescopen van de volgende generatie zullen ook directe beeldvormingsstudies mogelijk maken, wat ons begrip van de atmosferen van exoplaneten enorm zal verbeteren.

Om dit proces te vergemakkelijken, astronomen zullen vertrouwen op kostbare technologieën zoals coronagrafen en sterrenschaduwen, die het licht van een ster blokkeren, zodat planeten die eromheen draaien beter zichtbaar worden. Echter, volgens een nieuwe studie door een internationaal team van astronomen en kosmologen, verduisterende dubbelsterren zouden alle schaduw kunnen bieden die nodig is om planeten die eromheen draaien direct af te beelden.

De studie, die onlangs online verscheen, werd geleid door Stefano Bellotti, een doctoraat student aan het L'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) aan de Universiteit van Toulouse. Hij werd vergezeld door onderzoekers van het Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), het Steward Observatorium, het Nationaal Astronomisch Observatorium van Japan (NAOJ), en NASA's Ames Research Center.

Zoals de naam doet vermoeden, de directe beeldvormingsmethode bestaat uit het rechtstreeks bestuderen van planeten door het analyseren van licht dat wordt gereflecteerd door hun oppervlakken en/of atmosferen. Deze methode is lucratief als het gaat om onderzoek naar exoplaneten, omdat het astronomen in staat stelt om spectra rechtstreeks uit de atmosfeer van een planeet te verkrijgen. waardoor de chemische samenstelling wordt onthuld en of het al dan niet bewoonbaar kan zijn.

Deze en andere voordelen werden uiteengezet door Bellotti die via e-mail met Universe Today sprak:"Allereerst, deze methode geeft je een betrouwbaar 'ja' of 'nee' antwoord:de planeet (of planeten) is er of is er niet. Verder, omdat we met deze methode het licht van een planeet direct kunnen opvangen, we kunnen de chemische samenstelling van de atmosfeer rechtstreeks onderzoeken en een idee krijgen van de kenmerken ervan (wolken). uiteindelijk, deze informatie stelt ons in staat om de bewoonbaarheid van de planeet te beoordelen, dat is de huidige belangrijkste focus van exoplanetaire wetenschappen."

Echter, deze methode brengt een aantal uitdagingen met zich mee, aangezien sterlicht waarschijnlijk 1 miljard keer helderder is dan enig licht dat door zijn planeten wordt weerkaatst. Wetenschappers zijn in staat om deze discrepantie met een orde van grootte te verkleinen (waarbij de sterren 1 miljoen keer helderder lijken) door gereflecteerd licht in het infraroodspectrum te onderzoeken.

Door deze beperkingen, tot nu toe zijn slechts 50 planeten ontdekt met behulp van de directe beeldvormingsmethode. Voor het grootste gedeelte, deze planeten zijn gasreuzen geweest die brede banen rond hun sterren hebben. Astronomen verwachten dat telescopen van de volgende generatie die afhankelijk zijn van adaptieve optica, coronagrafen, of zelfs een ruimtevaartuig in een baan om de aarde (zoals NASA's voorgestelde Starshade), zal in staat zijn om kleiner te fotograferen, rotsachtige planeten die dichter bij hun planeten draaien.

Ter wille van hun studie, echter, Bellotti en zijn collega's onderzochten het potentieel voor verduisterende binaire bestanden om hetzelfde werk te doen, maar zonder het dure gereedschap dat erbij komt kijken. Zoals de naam al doet vermoeden, verduisterende binaire systemen bestaan ​​uit twee sterren die periodiek voor elkaar passeren ten opzichte van de waarnemer. Wanneer dit gebeurt, de helderheid van één ster in het systeem wordt tijdelijk geblokkeerd, wat leidt tot een vermindering van de helderheid.

Door gebruik te maken van verduisterende binaire bestanden, verklaarde Bellotti, astronomen kunnen profiteren van het feit dat het stellaire systeem al periodiek dimt - wat voorspelbaar is en nauwkeurig kan worden getimed.

"In deze betekenis, de eclipsgebeurtenis onderdrukt het sterlicht dat van het dubbelster komt op een natuurlijke manier, en resulteert daarom in een versterkt contrast tussen de binaire en een potentiële planeet. Echter, de eclipsgebeurtenis wordt niet beschouwd als een vervanging van coronagrafen of kunstmatige sterrenschaduwen, maar het kan worden gezien als een extra hulpmiddel om samen met hen te gebruiken om verbeterde contrastniveaus te bereiken. Inderdaad, omdat tijdens [een] zonsverduistering het binaire systeem puntvormig wordt als een enkele ster, technieken zoals coronagrafie kunnen worden toegepast om het licht van het hele binaire getal in één keer te blokkeren."

Om dit te testen, het team selecteerde eclipserende dubbelsterren uit verschillende sterrencatalogi waarvan de helderheid tijdens een zonsverduistering met een factor 10 daalt. Ze maakten ook onderscheid tussen soorten exoplaneten op basis van het feit of ze hun eigen licht uitstralen - oftewel. zelflichtgevend (SL) – of reflecterend licht (RL). Vervolgens simuleerden ze hoe helder in een baan om de aarde draaiende planeten eruit zouden zien op basis van hun massa, en of ze al dan niet zichtbaar zouden zijn met huidige of toekomstige telescopen.

"Ongeveer twee doelen, [U Cephei] en [AC Scuti] respectievelijk, we zijn [gevoelig] voor planeten van ongeveer 4,5 Jupiter-massa's en negen Jupiter-massa's met huidige op de grond of in de nabije toekomst op de ruimte gebaseerde instrumenten, en ongeveer 1,5 Jupiter-massa's en zes Jupiter-massa's met toekomstige observatoria op de grond (zoals [de Extreem Grote Telescoop (ELT)], ' zei Bellotti.

Voor gereflecteerde lichtplaneten, ze selecteerden drie verduisterende dubbelsterren die het dichtst bij de aarde waren:V1412 Aquilae, RR Caeli, en RT Pictoris. Voor deze systemen is ze gebruikten Jupiter, Venus en Aarde als sjablonen voor eventuele exoplaneten. Hier ook, ze behaalden een aantal positieve resultaten.

"We concludeerden dat een Jupiter-achtige planeet op een afstand tussen planeet en ster van 20 [milli boogseconden] zou kunnen worden afgebeeld met toekomstige grond- en ruimtegebaseerde technologieën rond alle drie de doelen, Bellotti voegde eraan toe. "Een Venus-achtige planeet op dezelfde afstand kan worden gedetecteerd rond RR Cae en RT Pic, maar een bewoonbare aarde-achtige planeet is een uitdaging, omdat de scheiding tussen planeet en ster te klein is in vergelijking met de hoekscheidingslimiet van moderne coronagrafie."

In de komende jaren, observatoria op de grond, zoals de Extremely Large Telescope (ELT), de Dertig Meter Telescoop (TMT), en de Giant Magellan Telescope (GMT) zullen naar verwachting directe beeldvormingsstudies van aardachtige exoplaneten mogelijk maken. evenzo, de James Webb Space Telescope (JWST) en Nancy Grace Roman Space Telescope (RST) zullen beschikken over geavanceerde infraroodinstrumenten die ook in staat zullen zijn om exoplaneetatmosferen rechtstreeks te bestuderen.

Hoewel deze telescopen van de volgende generatie een betere kans hebben om exoplaneten rechtstreeks te observeren, het is bemoedigend om te weten dat minder geavanceerde observatoria nog steeds directe beeldvormingsstudies kunnen uitvoeren met betrekking tot verduisterende dubbelsterren. Bovendien, deze sterrenstelsels kunnen ook kansen bieden voor geavanceerde telescopen, omdat ze exoplaneten beter kunnen bekijken wanneer hun sterren worden verduisterd.