วิธีการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ

เทคนิคการสังเกตการณ์ ส่วนใหญ่เป็นทางอ้อม ซึ่งเผยให้เห็นดาวเคราะห์ที่จางเกินกว่าจะมองเห็นได้ข้างดาวฤกษ์แม่ที่ส่องแสงเจิดจ้า

Definition

วิธีการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบคือเทคนิคการสังเกตการณ์ที่ใช้ในการอนุมานการมีอยู่และคุณสมบัติพื้นฐานของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นทางอ้อม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมวิธีการที่ใช้ในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบและอคติที่แต่ละวิธีนำมาใช้ ได้แก่ วิธีความเร็วแนวรัศมีที่วัดการโคลงของดาวฤกษ์ วิธีการผ่านหน้าดาวที่ตรวจจับการหรี่ลงเป็นคาบ การเลนส์ความโน้มถ่วงจุลภาค การถ่ายภาพโดยตรง มาตรดาราศาสตร์ และเทคนิคการจับเวลา เช่น การแปรผันของพัลซาร์และการแปรผันของเวลาการผ่านหน้าดาว โดยจะกล่าวถึงวิธีการที่วิธีการเสริมเหล่านี้สุ่มตัวอย่างในบริเวณที่แตกต่างกันของมวล ขนาด และระยะห่างวงโคจรของดาวเคราะห์ และการรวมกันของวิธีการเหล่านี้จะให้ลักษณะเฉพาะที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นได้อย่างไร

Core questions

• แต่ละวิธีการตรวจจับทำงานอย่างไร และวัดอะไรบ้าง?
• แต่ละเทคนิคสร้างอคติในการเลือกดาวเคราะห์ที่ค้นพบอย่างไร?
• สามารถรวมหลายวิธีเพื่อวัดทั้งมวลและรัศมีได้อย่างไร?
• วิธีใดมีความไวต่อดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่อาจอยู่อาศัยได้มากที่สุด?

Key theories

วิธีการความเร็วแนวรัศมี (ดอปเปลอร์)

แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ทำให้ดาวฤกษ์โคจรเป็นวงเล็ก ๆ ซึ่งทำให้เกิดการเลื่อนดอปเปลอร์เป็นคาบในสเปกตรัมของดาวฤกษ์ ซึ่งเผยให้เห็นคาบวงโคจรและมวลขั้นต่ำของดาวเคราะห์

วิธีการผ่านหน้าดาว

เมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ มันจะบดบังแสงส่วนน้อย และความลึกและคาบของการหรี่ลงเหล่านี้จะบอกรัศมีและวงโคจรของดาวเคราะห์

การเลนส์ความโน้มถ่วงจุลภาคและการถ่ายภาพโดยตรง

การเลนส์จุลภาคตรวจจับดาวเคราะห์โดยการขยายภาพชั่วคราวที่เพิ่มขึ้นจากดาวฤกษ์พื้นหลัง ในขณะที่การถ่ายภาพโดยตรงจับแสงจากดาวเคราะห์อายุน้อยที่อยู่ห่างกันมาก ซึ่งรวมกันแล้วจะขยายความไวไปยังวงโคจรที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยวิธีอื่น

Mechanisms

แต่ละวิธีใช้ประโยชน์จากลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน: การสะท้อนความโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ (ความเร็วแนวรัศมีและมาตรดาราศาสตร์) การบดบังแสงดาวเป็นคาบ (การผ่านหน้าดาว) การขยายภาพชั่วคราวด้วยเลนส์ (การเลนส์จุลภาค) หรือการสะท้อนแสงที่จางหรือการปล่อยความร้อนของดาวเคราะห์เอง (การถ่ายภาพโดยตรง) ความแรงและการตรวจจับของแต่ละสัญญาณขึ้นอยู่กับมวล ขนาด รูปทรงวงโคจร และระยะห่างของดาวเคราะห์

Clinical relevance

การเลือกวิธีการตรวจจับเป็นตัวกำหนดว่าดาวเคราะห์ดวงใดถูกค้นพบและระบุลักษณะเฉพาะ การทำความเข้าใจอคติของแต่ละวิธีเป็นสิ่งสำคัญในการเปลี่ยนแคตตาล็อกของการตรวจจับให้เป็นสถิติที่ไม่ลำเอียงเกี่ยวกับประชากรดาวเคราะห์

History

วิธีการความเร็วแนวรัศมีได้ค้นพบดาวเคราะห์ดวงแรกที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ในปี 1995 และดาวเคราะห์ผ่านหน้าดวงแรกถูกตรวจพบในปี 2000 ภารกิจเคปเลอร์ที่เปิดตัวในปี 2009 ใช้การวัดแสงที่มีความแม่นยำสูงเพื่อค้นหาดาวเคราะห์ผ่านหน้าหลายพันดวงและวัดอัตราการเกิดดาวเคราะห์ ในขณะที่การเลนส์จุลภาค การถ่ายภาพโดยตรง และมาตรดาราศาสตร์จาก Gaia ได้เพิ่มประชากรเสริมเข้ามา

Debates

การยืนยันสัญญาณดาวเคราะห์ขนาดเล็ก

การแยกแยะสัญญาณดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่แท้จริงออกจากกิจกรรมของดาวฤกษ์และสัญญาณรบกวนของเครื่องมือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับดาวเคราะห์คล้ายโลก เป็นความท้าทายที่ต่อเนื่องทั้งในข้อมูลความเร็วแนวรัศมีและการผ่านหน้าดาว

Key figures

• Michel Mayor
• Didier Queloz
• David Charbonneau
• William Borucki

Seminal works

• mayorqueloz1995
• charbonneau2000
• borucki2010

Frequently asked questions

นักดาราศาสตร์ค้นหาดาวเคราะห์ที่มองไม่เห็นได้อย่างไร?

ส่วนใหญ่เป็นทางอ้อม โดยการสังเกตการโคลงเล็กน้อยที่แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ทำให้ดาวฤกษ์ หรือการหรี่ลงเล็กน้อยเป็นประจำเมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์

วิธีการผ่านหน้าดาวคืออะไร?

เป็นการตรวจจับดาวเคราะห์โดยการหรี่ลงเล็กน้อยและซ้ำ ๆ ของความสว่างของดาวฤกษ์ที่เกิดขึ้นทุกครั้งที่ดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ ซึ่งยังเผยให้เห็นขนาดของดาวเคราะห์ด้วย