분광-편광계 고대비 외계 행성 연구

Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research
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보조 플랫폼에서 망원경에 부착된 SPIRE(검은색 용기 및 은색 실린더)

분광편광고대조외행성리서치(VLT-SPIRE)는 초대형 망원경(VLT)에 있는 적응광학계 및 코로나그래프 시설입니다.이것은 직접 영상촬영과 함께 외계 행성계의 분광 및 편광학적 특성을 제공합니다.계측기는 가시 및 근적외선에서 작동하여 제한된 시야를 벗어나지만 밝은 대상을 [1]위한 뛰어난 영상 품질과 대비를 실현합니다.

SPIRE의 결과는 HARPS, CoRoT, 케플러 [2]미션을 포함한 다른 행성 탐사 프로젝트의 결과를 보완합니다.이 계측기는 유닛 망원경 "Melipal"(UT3)에 설치되었고 2014년 6월에 첫 빛을 얻었습니다.설치 당시 X-shooter, KMOS, [3]MUSE 등 2세대 VLT 기기 시리즈 중 가장 최신이었다.

과학 목표

별 HR 7581(Iota Sgr)은 SPIRE 조사 모드에서 관측되었습니다.어머니 별보다 4000배 더 희미한 질량의 매우 작은 별이 0.24인치 떨어진 거리에서 이오타 스그르 주위를 돌고 있는 것이 발견되었다.밝은 별 자체는 SPIRE에 의해 거의 완전히 억제되어 희미한 동반성이 중앙의 오른쪽 상단에 선명하게 밝은 점으로 나타날 수 있습니다.

외계행성을 직접 촬영하는 것은 매우 어려운 일입니다.

  1. 이 행성과 그 모항성의 밝기 대비는 일반적으로 상당한 양의 근적외선을 방출하는 뜨겁고 젊은 거대 행성의 경우 10에서 반사광을−6−9 통해서만 볼 수 있는 암석 행성의 경우 10까지 다양합니다.
  2. 그 행성과 그것의 숙주 별 사이의 각도 간격은 매우 작다.항성으로부터 10AU 떨어져 있고 수십 파섹 떨어져 있는 행성의 경우, 거리는 불과 [4]10분의 1초입니다.

SPIRE는 외계행성의 직접 고대비 촬영에 전념하는 제2세대 기기의 대표적이다.이들은 첨단 적응광학과 고효율 코로나그래프를 결합하여 주성의 눈부심을 감쇠시킵니다.또한 SPIRE는 색채 또는 [5]편광 측면에서 행성 빛과 항성 빛 사이의 차이를 이용하기 위해 차등 이미징을 사용합니다.작동 가능한 다른 고대비 영상 시스템은 팔로마 천문대의 프로젝트 1640과 제미니 남쪽 [4]망원경의 제미니 행성 이미저를 포함합니다.덜 진보된 적응 광학 시스템을 갖춘 대형 쌍안경 망원경은 다양한 외계 [6]행성들을 성공적으로 촬영했다.

SPIRE는 목성 크기 이상의 행성을 주성으로부터 1~100AU 떨어진 곳에서 직접 발견하는 것을 목표로 하고 있습니다.그러한 행성들을 많이 발견하고 특징짓는 것은 행성 이동에 대한 통찰력을 제공할 것입니다. 즉, 이론상으로는 발견된 것처럼 뜨거운 목성들이 그들의 모항성에 가까이서 형성되었을 수 없다는 가설적인 과정입니다. 그들이 원시 행성계 [7]원반에서 형성된 곳으로부터 안쪽으로 이동합니다.또한 거대한 멀리 있는 행성들이 수적으로 많아야 한다는 가설도 있다; SPIRE의 결과는 가까운 궤도를 도는 뜨거운 목성의 현재 관측 우위가 관측 편향을 나타내는 정도를 명확히 할 것이다.SPIRE 관찰은 다음 유형의 표적에 초점을 맞춥니다.

  • 질량이 작은 행성을 발견할 수 있는 기회를 제공할 수 있는 가까운 젊은 항성 성협
  • 알려진 행성이 있는 별, 특히 더 먼 동반성의 존재를 나타낼 수 있는 반경 속도 곡선의 회귀 분석에 나타나는 장기 잔차를 가진 별
  • 반사광으로만 빛나는 별을 포함하여 궤도가 가장 작은 표적을 탐지할 수 있는 가장 가까운 별
  • 나이가 100~1Gyr인 별들이러한 젊은 시스템에서는, 작은 행성들조차도 여전히 뜨겁고 적외선을 많이 방출하여, 더 낮은 감지 질량을 가능하게 할 것입니다.
  • 또한 Sphere의 고대조도 기능은 원시행성계 원반, 갈색왜성, 진화한 질량이 큰 별, 태양계 및 은하계 외 표적 조사 [2]등에도 사용할 수 있도록 한다.

SPIRE의 결과는 반지름 속도 측정 및 광도 변환과 같은 다른 검출 방법을 사용하는 검출 프로젝트의 결과를 보완합니다.이러한 프로젝트에는 HARPS, CoRoT, 그리고 케플러 [2]미션이 포함됩니다.

기기 설명

SPIRE 기기 및 하위 시스템의 다이어그램

Sphere는 ESO의 VLT 유닛 망원경 3의 Nasmyth 포커스에 설치됩니다.이 서브시스템은 다음과 같습니다.

  • Common Path and Infrastructure(CPI; 공통 경로 및 인프라스트럭처)는 주요 광학 벤치입니다.망원경에서 직접 빛을 받아 안정화, 능동광학 보정, 코로나그래프 필터 빔을 세 개의 서브 기기에 전달합니다.
  • IFS(Integrated Field Spectrograph)는 1.73인치 x 1.73인치 시야를 커버하여 스펙트럼 데이터를 3차원(x,y,θ) 데이터 큐브로 변환합니다.
  • 적외선 듀얼 밴드 이미저 및 스펙트로그래프(IRDIS)의 시야는 11인치 x 12.5인치, 픽셀 크기는 12.25밀리초입니다.IRDIS는 클래식한 이미지를 제공할 수 있습니다.또는 서로 다른 스펙트럼 특징을 대상으로 하는 2개의 서로 다른 협대역 통과 필터를 사용하여 동시에 듀얼 밴드 이미징을 제공하도록 구성할 수도 있고 교차된 2개의 편광자에서 동시에 이미징을 제공하도록 구성할 수도 있습니다.LSS(Long Slit Spectroscopy Mode)에서 작동하는 경우 코로나그래프 마스크가 코로나그래프 슬릿으로 대체됩니다.
  • 취리히 이미징 폴라미터(ZIMPOL)는 시각 및 적외선 파장에서 작동하는 고콘트라스트 이미징 폴라미터로 30ms 미만의 분해능을 달성할 수 있습니다.또한 회절 제한적인 클래식 [8]이미징도 가능합니다.

과학 결과

이 적외선 이미지는 남쪽 켄타우루스자리에 있는 가까운 별 HR 4796A 주변의 먼지 고리를 보여줍니다.2014년 5월 ESO의 초거대망원경에 설치된 지 얼마 되지 않아 SPIRE 계측기가 최초로 제작한 것 중 하나이다.그것은 고리 자체를 매우 선명하게 보여줄 뿐만 아니라 매우 밝은 별에서 나오는 눈부심을 감소시키는 SPIRE의 힘을 보여줍니다. 이것은 미래에 외계행성을 발견하고 연구하기 위한 열쇠입니다.

초기 결과는 기존 이론에 도전하는 결과를 제시할 뿐만 아니라 SPIRE 계측기의 성능을 검증했습니다.

  • Sphere는 2016년에 첫 번째 행성 HD 131399Ab를 발표했지만, 또 다른 연구는 이것이 사실 [9]배경별이라는 것을 보여주었다.마지막으로, 2017년 7월, SPIRE 컨소시엄은 HIP 65426 주변에서 HIP 65426 [10][11]b라는 행성이 발견되었다고 발표했다.이 행성은 두꺼운 구름으로 가득 찬 매우 먼지가 많은 대기를 가지고 있으며 놀라울 정도로 빠르게 회전하는 뜨겁고 젊은 별 주위를 돌고 있다.
  • SPIRE는 일식쌍성 V471 황소자리 주위를 돌고 있을 것으로 예상되는 갈색왜성을 찾는데 사용되었다.일식 시간을 주의 깊게 측정한 결과 불규칙한 것으로 나타났지만, 이러한 불규칙성은 별들의 궤도를 어지럽히는 갈색왜성이 있다고 가정함으로써 설명될 수 있다.놀랍게도, 가상의 갈색 왜성은 SPIRE로 쉽게 해결할 수 있었지만, 그러한 동반성은 촬영되지 않았습니다.V471 Tauri의 이상한 동작에 대한 기존의 설명은 잘못된 것으로 보입니다.예를 들어, 효과가 쌍성쌍의 1차 구성원의 자기장 변화로 인해 Aplegate [12][13]메커니즘을 통해 별의 모양이 정기적으로 변화할 가능성을 포함하여 궤도 타이밍 변동에 대한 몇 가지 대체 설명이 제안되었다.
  • 또 다른 초기 Sphere 결과는 HD 100453에 [14]있는 나선형 원시 행성계 원반의 첫 이미지입니다.지구 나선 패턴은 별 주위 원반에서 보기 드문 현상으로, 다른 별이나 거대한 행성처럼 별 주위를 도는 거대한 물체의 중력에 의해 발생할 수 있습니다.이 원반은 나선팔 생성 이론에 대한 테스트를 제공하기 위해 교란 동반성의 이미지를 찍은 첫 번째 원반입니다.이 사진들은 또한 코로나그래프 마스크의 가장자리에서 우리 태양계의 천왕성 궤도 거리까지 뻗어 있는 간격을 보여준다.
  • SPIRE는 2018년 6월 간행물에서 신생 행성의 첫 번째 확인된 이미지를 포착하기 위해 사용되었다.젊은 행성 PDS 70b는 항성 PDS [15]70 주변의 원시 행성계 원반에서 형성되는 것이 목격되었습니다.
  • 2020년 7월, SPIRE는 별 TYC 8998-760-1 [16]주위의 궤도에 있는 두 개의 가스 거대 기업을 직접 촬영했다.

레퍼런스

  1. ^ "SPHERE Overview". European Southern Observatory. Retrieved 23 May 2015.
  2. ^ a b c Beuzit, Jean-Luc; et al. "SPHERE: a 'Planet Finder' Instrument for the VLT" (PDF). European Southern Observatory. Retrieved 24 May 2015.
  3. ^ "First Light for SPHERE Exoplanet Imager". ESO. 4 June 2014.
  4. ^ a b Mesa, D.; Gratton, R.; Zurlo, A.; Vigan, A.; Claudi, R. U.; Alberi, M.; Antichi, J.; Baruffolo, A.; Beuzit, J. -L.; Boccaletti, A.; Bonnefoy, M.; Costille, A.; Desidera, S.; Dohlen, K.; Fantinel, D.; Feldt, M.; Fusco, T.; Giro, E.; Henning, T.; Kasper, M.; Langlois, M.; Maire, A. -L.; Martinez, P.; Moeller-Nilsson, O.; Mouillet, D.; Moutou, C.; Pavlov, A.; Puget, P.; Salasnich, B.; et al. (2015). "Performance of the VLT Planet Finder SPHERE". Astronomy & Astrophysics. 576: A121. arXiv:1503.02486. Bibcode:2015A&A...576A.121M. doi:10.1051/0004-6361/201423910.
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  15. ^ European Southern Observatory (July 2, 2018). "First Confirmed Image of Newborn Planet Caught with ESO's VLT - Spectrum reveals cloudy atmosphere". www.eso.org. Retrieved July 6, 2018.
  16. ^ "Astronomers Directly Image Two Giant Exoplanets around Young Sun-Like Star Astronomy Sci-News.com". Breaking Science News Sci-News.com. Retrieved 2020-07-25.

외부 링크

좌표:24°37(39°S) 70°24′16″w/24.6274°S 70.4044°W/ -24.6274; -70.4044