Astronomii sondează în mod constant cerul pentru neașteptat. Ei sunt dispuși să îmbrățișeze idei noi care pot înlocui înțelepciunea anilor trecuți.
Dar există o excepție de la regulă: căutarea pentru Earth 2.0. Aici nu vrem să găsim neașteptatul, ci cel așteptat. Vrem să găsim o planetă atât de asemănătoare cu a noastră, aproape că o putem numi acasă.
În timp ce nu putem imagina exact aceste planete cu detalii suficient de mari pentru a vedea dacă este o lume cu apă cu plante și civilizații verzi, putem folosi metode indirecte pentru a găsi o planetă „asemănătoare Pământului” - o planetă cu o masă similară și raza spre Pământ.
Există o singură problemă: tehnicile actuale de măsurare a masei unui exoplanet sunt limitate. Până în prezent, astronomii măsoară viteza radială - vârtejuri minuscule pe orbita unei stele, întrucât este atras de atracția gravitațională a exoplanetului său - pentru a obține raportul de masă planetă cu stea.
Dar, având în vedere că majoritatea exoplanetelor sunt detectate prin semnalul lor de tranzit - scurge în lumină pe măsură ce o planetă trece prin steaua gazdă - nu ar fi grozav dacă am putea măsura masa pe baza acestei metode doar? Ei bine, astronomii de la MIT au găsit o cale.
Studentul absolvent Julien de Wit și colegul MacArthur, Sara Seager, au dezvoltat o nouă tehnică pentru determinarea masei folosind singur semnalul de tranzit al unui exoplanet. Când o planetă trece, lumina stelei trece printr-un strat subțire din atmosfera planetei, care absoarbe anumite lungimi de undă ale luminii stelei. Odată ce lumina stelară va ajunge pe Pământ, va fi imprimată amprentele chimice ale compoziției atmosferei.
Așa-numitul spectru de transmisie permite astronomilor să studieze atmosfera acestor lumi extraterestre.
Dar iată cheia: o planetă mai masivă poate ține o atmosferă mai groasă. Deci, teoretic, masa unei planete ar putea fi măsurată numai pe atmosferă sau doar spectrul de transmisie.
Desigur, nu există o corelație unu la unu sau ne-am fi dat seama de asta cu mult timp în urmă. Măsura atmosferei depinde și de temperatura și greutatea moleculelor sale. Hidrogenul este atât de ușor încât alunecă mai ușor de o atmosferă decât oxigenul.
Deci de Wit a lucrat de la o ecuație standard care descrie înălțimea scării - distanța verticală peste care scade presiunea unei atmosfere. Măsura în care scade presiunea depinde de temperatura planetei, de forța gravitațională a planetei (de exemplu, masa) și de densitatea atmosferei.
Conform algebrei de bază: cunoașterea oricăruia dintre acești trei parametri ne va permite să rezolvăm pentru al patrulea. Prin urmare, forța gravitațională a planetei, sau masa, poate fi derivată din temperatura sa atmosferică, profilul presiunii și densitatea - parametri care pot fi obținuți doar într-un spectru de transmisie.
Cu munca teoretică din spatele lor, de Wit și Seager au folosit Jupiter-ul HD 189733b, cu o masă deja bine stabilită, ca studiu de caz. Calculele lor au relevat aceeași măsurare a masei (de 1,15 ori mai mare decât masa lui Jupiter) ca cea obținută prin măsurători de viteză radială.
Această nouă tehnică va putea caracteriza masa exoplanetelor numai pe baza datelor lor de tranzit. În timp ce Jupiters fierbinți rămân ținta principală a noii tehnici, de Wit și Seager își propun să descrie planetele asemănătoare Pământului în viitorul apropiat. Odată cu lansarea telescopului spațial James Webb programat pentru 2018, astronomii ar trebui să poată obține masa unor lumi mult mai mici.
Lucrarea a fost publicată în Science Magazine și acum este disponibilă pentru descărcare într-o formă mult mai lungă aici.
