Survei CHES dapat mendeteksi planet ekstrasurya dalam beberapa puluh tahun cahaya dari Bumi menggunakan astrometri

NASA mengindikasikan bahwa 5.030 exoplanet telah dikonfirmasi dalam 3.772 sistem, sementara 8.974 kandidat lainnya sedang menunggu konfirmasi. Dengan ketersediaan instrumen generasi berikutnya seperti James Webb Space Telescope (JWST) online, jumlah dan keragaman exoplanet yang dikonfirmasi diperkirakan akan tumbuh secara eksponensial. Secara khusus, para astronom memperkirakan bahwa jumlah planet terestrial dan super-Bumi yang diketahui akan meningkat secara dramatis.

Di tahun-tahun mendatang, peluang untuk studi eksoplanet akan meningkat secara eksponensial dengan ditemukannya ribuan eksoplanet lainnya. Dalam studi baru-baru ini, tim yang dipimpin oleh Akademi Ilmu Pengetahuan China (CAS) menjelaskan konsep baru teleskop luar angkasa yang dikenal sebagai Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Observatorium yang diusulkan ini akan mencari planet mirip Bumi di zona layak huni (HZs) Bintang seperti matahari dalam 33 tahun cahaya (10 parsec) menggunakan metode yang dikenal sebagai astrometri relatif parsial-detik.

Cabang astronomi yang dikenal sebagai astronomi terdiri dari melakukan pengukuran akurat dari posisi dan gerakan benda langit yang sesuai dengan membandingkannya dengan bintang referensi di latar belakang. Contoh metode ini termasuk Observatorium Gaia Badan Antariksa Eropa, yang telah mengukur pergerakan satu miliar bintang di Bima Sakti (ditambah 500.000 quasar jauh) sejak 2013. Data ini akan digunakan untuk membuat peta 3D paling akurat dari galaksi kita. pernah dibuat. hilang.

Dalam hal ini, para peneliti dari Chinese Academy of Sciences (CAS) dan beberapa observatorium dan universitas China menyarankan a teleskop luar angkasa Diperlukan pengukuran astronomi resolusi tinggi dari bintang mirip matahari untuk menemukan exoplanet yang mengorbitnya. Misi CHES yang diusulkan akan beroperasi di titik Lagrangian antara Matahari dan Bumi L2 – tempat Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) NASA saat ini berada – dan akan mengamati bintang target selama lima tahun. Target ini akan mencakup 100 bintang dalam jarak 33 tahun cahaya dari tata surya yang termasuk dalam tipe F, G dan K.

Sementara bintang tipe F (katai kuning dan putih) lebih panas, lebih terang, dan lebih masif dari Matahari kita, bintang tipe G (katai kuning) sesuai dengan Matahari kita – bintang deret utama G2V. Sementara itu, bintang tipe K (katai jingga) sedikit lebih gelap, lebih dingin, dan kurang masif dari Matahari kita. Untuk setiap bintang yang diamatinya, CHES akan mengukur gangguan dinamis kecil yang disebabkan oleh planet ekstrasurya yang mengorbit Tata Surya, yang akan memberikan perkiraan akurat tentang massa dan periode orbitnya.

Sebagai observatorium luar angkasa, CHES tidak akan mengalami gangguan dari gerakan Bumi dan atmosfer dan akan mampu membuat pengukuran astronomi yang cukup akurat untuk jatuh dalam bidang detik busur yang tepat. Jianghui Ji adalah profesor di CAS Major Planetary Science Laboratory di Nanjing, University of Science and Technology, dan penulis utama studi tersebut. Seperti yang dia katakan kepada Universe Today melalui email:

“Untuk planet bermassa Bumi 1 AU di sekitar bintang tipe matahari sebesar 10 pc, fluktuasi astrometri bintang yang disebabkan oleh Earth Twin adalah 0,3 mikrodetik. Oleh karena itu, tingkat mikrodetik perlu diukur. Astrometri relatif untuk CHES dapat diukur Pemisahan sudut tingkat mikrodetik yang akurat antara satu bintang target dan 6-8 bintang referensi. Berdasarkan pengukuran perubahan kecil ini, kami dapat mendeteksi jika ada planet terestrial di sekitar mereka.”

Secara khusus, CHES akan melakukan pengukuran langsung pertama dari massa dan kemiringan sebenarnya dari Bumi dan isotop super-Bumi yang mengorbit dalam HZ bintang mereka dan dianggap “layak huni.” Dr. Ji mengatakan muatan utama untuk misi ini adalah cermin berkualitas tinggi dengan diameter 1,2 meter (ft) dan bidang pandang (FOV) 0,44° x 0,44°. Cermin ini adalah bagian dari sistem anagram tiga sumbu (TMA), di mana tiga cermin melengkung digunakan untuk mengurangi aberasi optik.

CHES juga mengandalkan Mosaic Charge-Coupled Devices (CCDs) dan teknologi pengukuran laser untuk melakukan pengukuran astronomis dalam rentang 500nm ~ 900nm – termasuk cahaya tampak dan spektrum inframerah-dekat. Kemampuan ini akan memberikan keuntungan yang signifikan atas metode transit, yang masih merupakan metode yang paling banyak digunakan dan efektif untuk menemukan exoplanet. Dalam metode ini, bintang dipantau untuk penurunan luminositas berkala, yang merupakan indikator kemungkinan planet lewat di depan bintang (alias transit) relatif terhadap pengamat.

Selain itu, CHES akan membantu transisi yang saat ini terjadi dalam studi exoplanet, karena fokusnya bergeser dari proses penemuan ke karakterisasi. Seperti yang dijelaskan Dr. J:

“Pertama, CHES akan melakukan survei komprehensif bintang surya terdekat dalam jarak 10 buah dari kita dan mendeteksi semua planet mirip Bumi di zona layak huni melalui astrometri, jika metode transit (seperti TESS atau PLATO) tidak memungkinkan. [This] Ini membutuhkan orbit tepi planet-planet sehubungan dengan garis pandang pengamat.

Kedua, CHES akan memberikan pengukuran langsung pertama dari massa sebenarnya dari “Bumi kembar” kita dan Bumi super yang mengorbit bintang tetangga kita, di mana massa planet sangat penting untuk mengkarakterisasi sebuah planet. [transit method] Mereka umumnya dapat memberikan radius planet dan harus dikonfirmasi dengan metode berbasis Bumi lainnya, seperti kecepatan radial.

“Akhirnya, CHES akan menyediakan orbit tiga dimensi (misalnya, kemiringan) planet terestrial, yang juga berfungsi sebagai indikator penting lain yang terlibat dalam pembentukan dan karakterisasi planet.”

Kemampuan ini akan membantu para astronom secara signifikan memperluas populasi planet ekstrasurya saat ini, yang sebagian besar terdiri dari raksasa gas (Jupiter atau Saturnus), Neptunus kecil, dan Bumi super. Tetapi dengan peningkatan akurasi dan sensitivitas instrumen generasi berikutnya, para astronom berharap bahwa jumlah isotop Bumi akan meningkat secara eksponensial. Ini juga akan meningkatkan pemahaman kita tentang beragam sifat planet yang mengorbit bintang mirip Matahari dan menjelaskan pembentukan dan evolusi tata surya.

Tetapi manfaat dari misi astrometri ruang angkasa generasi berikutnya tidak berhenti di situ. Seperti yang ditunjukkan oleh Dr. Gee, dia akan dapat membantu survei yang mengandalkan metode kedua yang paling populer dan efektif untuk mendeteksi planet ekstrasurya, yang dikenal sebagai metode kecepatan radial (juga dikenal sebagai spektroskopi Doppler). Untuk metode ini, para astronom mengamati bintang-bintang untuk mencari tanda-tanda gerakan bolak-balik (“osilasi”) yang disebabkan oleh pengaruh gravitasi planet-planet di orbitnya. Selain itu, CHES dapat melakukan pengukuran gabungan dengan instrumen kecepatan radial presisi tinggi seperti Teleskop Sangat Besar (ELT) dan Teleskop Tiga Puluh Meter (TMT), Dr. [It can also] Lihat kandidat planet layak huni yang dia temukan [this method], dan secara akurat mengkarakterisasi massa planet dan parameter orbital. “

Selanjutnya, CHES akan membantu memajukan batas astronomi dan kosmologi dengan membantu pencarian materi gelap, studi lubang hitam, dan bidang penelitian lainnya. Penelitian ini akan memberikan wawasan baru tentang fisika yang mengatur alam semesta kita, pembentukan dan evolusi sistem planet, dan asal usul kehidupan itu sendiri. Observatorium lain, seperti Teleskop Luar Angkasa Roman Nancy Grace (dan ELT dan TMT), akan dapat melakukan studi pencitraan langsung dari planet ekstrasurya yang lebih kecil yang mengorbit lebih dekat ke bintangnya — tepatnya di tempat HZ berbatu. planet diharapkan dapat ditemukan.

Dikombinasikan dengan pengukuran astronomi yang dapat mengungkapkan ratusan eksoplanet berbatu di sistem tetangga, para astronom bisa berada di ambang menemukan kehidupan di luar bumi.