Detectarea fotografică a exoplanetelor

Curbele de lumină fotometrice pot documenta tranzitele planetelor extrasolare. Citiți instrucțiunile pentru a afla cum se face acest lucru.

Fotografierea planetelor nu trebuie să se oprească la granițele sistemului nostru solar. Căutarea de lumi în jurul altor sori a dus la descoperirea a câteva mii de planete extrasolare în ultimii 20 de ani. Unele dintre aceste „exoplanete“ pot fi detectate relativ ușor, cu ajutorul telescoapelor obișnuite pentru amatori.

Așa-numita metodă de tranzit este ideală pentru detectarea exoplanetelor de către amatori: Dacă luminozitatea unei stele este înregistrată în mod continuu cu un aparat de fotografiat adaptat la telescop înainte ca steaua să fie ocultată de exoplaneta sa, mai târziu, atunci când vom analiza datele, vom vedea că curba luminozității stelei rezultată prezintă o scădere în urma trecerii exoplanetei prin fața stelei. La sfârșitul tranzitului, luminozitatea crește din nou.

Echipamentul disponibil pentru fotografierea planetelor din sistemul nostru solar poate fi adesea utilizat și pentru detectarea fotografică a exoplanetelor. Telescoapele Schmidt-Cassegrain cu o apertură de 200 - 400 mm s-au dovedit a fi potrivite pentru detectarea exoplanetelor. Aceste telescoape nu au doar o apertură mare, dar sunt, de obicei, utilizate într-o montură cu furcă, iar acest tip de montură poate fi exploatat pe deplin: Observarea tranzitului unei exoplanete trebuie să aibă loc atunci când steaua se află cât mai sus posibil deasupra orizontului și durează, de obicei, câteva ore. În cazul telescoapelor cu montură paralactică trebuie să se facă un "meridian flip", ceea ce implică realinierea telescopului și, după caz, realinierea aparatului de fotografiat și repornirea ghidajului. Aceasta nu este doar o întrerupere neplăcută, ci presupune și pierderea datelor de înregistrare timp de câteva minute în timpul tranzitului. În acest sens, telescoapele SC montate în suporturi cu furcă pe un suport de altitudine polară oferă avantajul că observarea tranzitului poate avea loc fără întrerupere.

Apertura telescopului utilizat influențează, evident, numărul de exoplanete care pot fi observate: Cu apertura de 200 mm a unui echipament optic SCT clasic pot fi observate cu ușurință tranziturile exoplanetelor cunoscute, în cazul stelelor din clasele 12-14 de mărime. Cu cât este mai mare variația de luminozitate cauzată de planeta în tranzit, cu atât este aceasta mai ușor de detectat. Tranziturile pe lângă stele mai puțin strălucitoare necesită telescoape cu aperturi mai mari. Auto-ghidarea monturii în timpul tranzitului este esențială. Astfel vă puteți asigura că steaua observată este menținută pe cipul camerei CCD pe toată durata observației, de câteva ore.

Aparatul de fotografiat folosit ar fi bine să fie o cameră CCD răcită. În ceea ce privește dimensiunea cipului de imagine al aparatului de fotografiat, este important ca în câmpul vizual, pe lângă steaua de tranzit, să apară și alte stele cu aproximativ aceeași luminozitate. Acestea vor fi utile ulterior, la analiza imaginii, ca stele de referință.

Tranziturile exoplanetelor care pot fi observate depind nu numai de telescopul utilizat, ci mai ales de locul în care se află observatorul și, bineînțeles, de cât de lungă este noaptea - nopțile lungi de iarnă sunt, prin urmare, mai potrivite pentru documentarea unui tranzit de câteva ore decât nopțile scurte de vară, când începutul sau sfârșitul tranzitului poate fi la răsărit/apus. Internetul vă ajută să selectați tranzitul pe care doriți să îl documentați: În „Exoplanet Transit Database“, o bază de date cu exoplanete gestionată de astronomi cehi, se pot crea liste actualizate zilnic cu tranziturile exoplanetelor cunoscute pentru zilele următoare, după introducerea punctului de observare în punctul de meniu „Transit predictions“.

Atunci când se alege un tranzit de observat, este important să se ia în considerare nu numai luminozitatea stelei, ci și atenuarea așteptată. Pentru începători sunt potrivite tranziturile exoplanetelor care provoacă o scădere a luminozității de cel puțin 0,m02 și stele de până la clasa de mărime 10 . Timpii scurți de tranzit simplifică, la rândul lor, observarea și au rezultate vizibile rapide, lucru care oferă satisfacție observatorilor. Atunci când vă alegeți un tranzit, trebuie să vă asigurați că atât începutul, cât și sfârșitul tranzitului sunt vizibile mult deasupra orizontului. Observarea unui tranzit la zenit este, de obicei, mai ușoară și mai promițătoare decât observarea acestuia în apropierea orizontului.

După localizarea stelei, poziționarea ei în centrul cipului de imagistică și pornirea autoguiderului, steaua exoplanetei poate fi fotografiată în mod continuu, fiind utilă o oarecare defocalizare a imaginii stelei (astfel încât lumina stelei să se distribuie pe mai mulți pixeli) și asigurarea unei saturații maxime a imaginii stelei de aproximativ 70-75%, pentru a reduce zgomotul și pentru a evita arderea pixelilor.

Pentru a analiza datele obținute sunt disponibile diverse soluții software, multe dintre acestea fiind dezvoltate inițial pentru detectarea stelelor variabile, astfel că, prin urmare, sunt suficient de complexe. Prelucrarea imaginilor cu ajutorul programului „Muniwin“ este descrisă mai jos.

Într-o primă etapă, imaginile trebuie aliniate între ele pentru a compensa orice lipsă de precizie din faza de urmărire. În vederea procesării fotometrice, trebuie marcată nu numai steaua-mamă a exoplanetei, ci și o stea de referință - preferabil cu aceeași luminozitate -, precum și una sau mai multe stele de control, folosite de software, la rândul lor, pentru a calcula evoluția luminozității. Fluctuațiile de luminozitate detectate în imagini sunt mai apoi prezentate într-o curbă grafică detaliată a progresiei luminozității.

După crearea unui nou proiect pentru a crea o curbă de lumină, imaginile seriei pot fi importate în Muniwin. Importul suplimentar de imagini flatfield și dark permite mai apoi corectarea automată a tuturor imaginilor brute din serie. Apoi urmează selectarea stelei-mamă și a stelelor de referință sau de control, după care se poate începe cu evaluarea fotometrică a imaginilor. Muniwin calculează, astfel, nu doar curba de luminozitate a stelei de tranzit în comparație cu steaua de referință, ci și diferențele de luminozitate dintre toate stelele marcate (steaua de tranzit, steaua de referință și stelele de control). Acest lucru are avantajul că vă puteți face rapid o imagine de ansamblu asupra calității imaginilor și a stelelor de referință selectate, întrucât diferențele de luminozitate dintre stelele de control ar trebui să rezulte într-o linie dreaptă (și nu o curbă), pentru că luminozitatea acestor stele trebuie să rămână neschimbată în timpul seriei de imagini.

Nu mai sunt necesare salvarea clasică a imaginii rezultate și ajustarea contrastului și a gamei tonale, așa cum se obișnuiește la astrofotografii, deoarece principalul rezultat al Muniwin după analiza datelor este un fișier text inițial discret cu rezultatele analizei.

Aceste date de analiză a tranzitului unei exoplanete pot fi puse la dispoziția „Exoplanet Transit Database“ pentru a ajuta la calcularea mai precisă a perioadelor orbitale ale exponentului observat. În plus, acolo este creată o colecție de documentații de observare, care mai arată și ce performanțe sunt posibile, cu ce echipament. După ce rezultatele analizei au fost încărcate și verificate de astronomii Exoplanet Transit Database, aceștia creează un grafic care prezintă în detaliu tranzitul exoplanetei documentate.

Detectarea planetelor extrasolare este, cu siguranță, un domeniu încă marginal al astronomiei pentru amatori. Cu toate acestea, mulți amatori dispun deja de echipamentul necesar pentru a detecta exoplanete. În plus, detectarea exoplanetelor este un domeniu al astronomiei în care amatorii își pot aduce contribuția la cercetare - chiar dacă descoperirea exoplanetelor de către amatori este tot mai dificilă, aceștia pot contribui cu date prin măsurarea exoplanetelor cunoscute, pentru a înțelege mai bine fiecare exoplanetă în parte și pentru a prognoza tranzitele viitoare.

Autor: Ullrich Dittler / Licență: Oculum-Verlag GmbH