Էկզոմոլորակ

Էկզոմոլորակ (հունարեն՝ ἔξω, exō՝ դուրս, դրսից) կամ արտաարեգակնային մոլորակ կոչվում են այն բոլոր մոլորակները, որոնք գտնվում են Արեգակնային համակարգից դուրս։

էկզոմոլորակ(գազային հսկա)՝ նկարչի պատկերացմամբ:

Տեսականորեն գոյություն ունեցող էկզոմոլորակ(2 արբանյակներով ծով-մոլորակ) նկարչի պատկերացմամբ

Gliese 581d էկզոմոլորակը նկարչի պատկերացմամբ

Երկար ժամանակ այլ աստղերի մոտ գտնվող էկզոմոլորակների հայտնաբերումը դժվարին խնդիր էր հանդիսանում, քանի որ մոլորակները չափազանց փոքր են և դժվար նշմարելի աստղերի համեմատ, իսկ իրենք՝ աստղերը, Արևից բավականաչափ հեռու են գտնվում(ամենամոտը 4.24 լուսատարի հեռավորության վրա է գտնվում)։

Առաջին էկզոմոլորակները հայտնաբերվել են 1980-ական թվականներին։

Հիմա էկզոմոլորակների հայտնաբերման գործընթացը բավական հեշտացել է շնորհիվ կատարելագործված տեխնոլոգիաների։

2016 թվական հոկտեմբերի 5-ի տվյալներով հաստատապես հայտնվում է 2650 մոլորակային համակարգում գտնվող 3533 էկզոմոլորակի գոյության մասին, ընդ որում 595 մոլորակային համակարգերում կա մեկից ավելի էկզոմոլորակ։ Հարկ է նշել, որ թեկնածուների քանակը զգալիորեն ավելի մեծ է։ Այսպես, 2015 թվականի հունվարին «Կեպլեր» նախագծի օգնությամբ թվարկվում էր ավելի քան 4175 մոլորակ, բայց կարգավիճակի ստացման համար անհրաժեշտ է ոչ երկրային դիտակներով կատարվող կրկնակի գրանցում։

Ընդհանուր հաշվով Ծիր Կաթինում հաշվվում է 100 միլիարդ էկզոմոլորակ, որոնցից 5-20 միլիարդը, հնարավոր է, երկրանման մոլորակներ են։ Ներկայումս գոյություն ունեցող հաշվարկներով արեգակնանման աստղերի 34%-ի բնակելի գոտում կան Երկրի հետ համեմատելի մոլորակներ։

Արեգակնային համակարգից դուրս կա Երկրին շատ նման 216 մոլորակ։

Հայտնաբերված էկզոմոլորակների մեծ մասի ուսումնասիրման համար կիրառվում է դիտարկման անուղղակի մեթոդներ։ Էկզոմոլորակների զգալի մասը գազային հսկաներ են և շատ ավելի նման են Յուպիտերին, քան Երկրին։ Բնականաբար դա բացատրվում է ուսումնասիրման մեթոդների սահմանափակությամբ(ավելի հեշտ է հայտնաբերել կարճ պարբերական զանգվածային մոլորակները)։

Հայտնաբերման պատմություն

Տարբեր մեթոդներով հայտնաբերված մոլորակների քանակը:

Էկզոմոլորակների հայտաբերման անիմացիոն ժամանակագրություն: Կետի գույնը համապատասխանում է հայտնաբերման մեթոդին: Հորիզոնական առանցքը մոլորակի մեծ կիսաառանցքի երկարությունն է: Ուղղահայաց առանցքը մոլորակի զանգվածն է: Որպես համեմատություն սպիտակ կետերով նշանակված են արեգակնային համակարգի մոլորակները:

Պատմականորեն առաջին հայտարարությունը էկզոմոլորակների գոյության մասին կատարել է Մադրասի աստղադիտարանի(անգլ.՝ East India Company’s Madras Observatory) աստղագետ կապիտան Ջեյկոբը (անգլ.՝ Capt. W. S. Jacob) 1855 թվականին։

Էկզոմոլորակների հայտնաբերման առաջին փորձերը կապված էին մոտակա աստղերի դիտարկման հետ։ Դեռ 1916 թվական Էդուարդ Բերնարդը հայնտաբերեց կարմիր աստղ, որը այլ աստղերի նկատմամբ արագ տեղաշարժվում էր երկնքում։ Աստղագետները այն անվանեցին Բերնարդի լողացող աստղ։

Այն մեզ ամենամոտ աստղերից մեկն է, որի զանգվածը շուրջ 7 անգամ փոքր է Արեգակի զանգվածից։

1960-ական թվականների սկզբին Պիտեր Վան դը Կամպը հայտարարեց, որ գտել է Բերնարդի աստղի արբանյակներից մեկը, որի զանգվածը մոտավորապես հավասար էր Յուպիտերի զանգվածին։ Բայց 1973 թվականին Ջ. Գեյտվուդը պարզեց, որ Բերնարդի աստղը շարժվում է առանց տատանումների, հետևաբար, չի կարող ունենալ զանգվածային մոլորակներ։

1980-ակամ թվականների սկզբին աստղագետների շատ խմբեր սկսեցին պարբերաբար չափել Արևին մոտ գտնվող աստղերի արագությունները, էկզոմոլորակների հայտնաբերման համար օգտագործելով բարձր ճշգրտություն ունեցող սպեկտրաչափեր։

Առաջին էկզոմոլորակները 1991 թվականին հայտնաբերվել է նեյտրոնային աստղի (PSR 1257+12) մոտ աստղագետ Ալեքսանդր Վոլչանի կողմից։ Այդ մոլորակները ճանաչվեցին երկրորդական, այսինքն առաջացել են գերնոր աստղի պայթյունից հետո։

1995 թվականին աստղագետներ Միշել Մայորը և Դիդյե Կելոսը մեծ ճշգրտություն ունեցող սպեկտրաչափի օգնությամբ նկատեցին 51 Պեգաս աստղի տատանումները 4.23 օր պարբերությամբ։ Մոլորակը, որն առաջացնում էր այդ տատանումները, հիշեցնում էր Յուպիտերին, բայց գտնվում էր աստղի անմիջական հարևանությամբ։

Աստղագետների մոտ ընդունված է այդպիսի մոլորակներն անվանել «տաք յուպիտերներ»։

2004 թվականին ստացվել է 2M1207 շագանակագույն թզուկի մոտ գտնվող էկզոմոլորակի թեկնածուի ենթակարմիր ճառագայթներով առաջին պատկերը։

2008 թվականի նոյեմբերի 13-ին առաջին անգամ հնարավոր եղավ ստանալ միանգամից 3 մոլորակ ունեցող մոլորակային համակարգի պատկերը։

Մոլորակները պտտվում էին Պեգաս համաստեղությունում գտնվող HR 8799 աստղի շուրջ։

2008 թվական նոյեմբերի 13-ին առաջին անգամ հնարավոր եղավ նաև ուղղակի դիտումներով նկատել Ֆոմալգաուտ Բ մոլորակը, որը պտտվում էր Ֆոմալգաուտ աստղի շուրջ։

2011 թվականին Նոտր Դամի համալսարանից Դևիդ Բենեթը(Ինդիանա, ԱՄՆ) 2006-2007թ թվականների ընթացքում Նոր Զելանդիայում գտնվող Մունտ Ջոն համալսարանական աստղադիտարանում 1.8 մետրանոց դիտակի օգնությամբ կատարված դիտարկումների հիման վրա հայտարարեց 10 միայնակ յուպիտերանման էկզոմոլարկների գոյության մասին, որոնցից երկուսը հնարավոր է հանդիսանում են մոտակա աստղերի մեծ ուղեծրային արբանյակներ։

2011 թվականին դեկտեմբերին Կեպլեր աստղադիտակի օգնությամբ բնակելի գոտում հայտնաբերվեց առաջին գերերկիրը՝ Կեպլեր 22 Բ-ն։

2011թ. դեկտեմբերի 20-ին Կեպլեր աստղադիտակի օգնությամբ Կեպլեր 20 աստղի մոտ հայտնաբերվեցին ևս 2 էկզոմոլորակներ, որոնցից մեկի՝ Կեպլեր 20 Ե-ի, զանգվածը համեմատական էր Երկրի զանգվածին(շառավիղը՝ 0.87 Երկրի շառավիղ, զանգվածը՝ 0.39-1.67 երկրային զանգված), իսկ մյուսը՝ Կեպլեր 20 Ֆ-ն, ուներ 0.045 Յուպիտերյան զանգված և 1.03 երկրայի շառավ։

2012 թվականի փետրվարի 22-ին Հարվարդ-Սմիթսոնյան աստղագիտական կենտրոնի գիտնականները Երկրից 40 լուսատարի հեռավորության վրա հայտնաբերեցին առաջին էկզոմոլորարկը՝ GJ 1214 b, որը, ենթադրաբար, հանդիսանում էր մոլորակ-օվկիանոս։ Վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ GJ 1214 b-ն ունի ջրածնահելիումային մթնոլորտ, առկա է մեթանի ցածր մակարդակ։ Հայտնաբերվեց ամպերի առկայություն 0.5 բար ճնշումով, որը չի համընկնում ջրային գոլորշիներով հագեցած մթնոլորտի հատկությունների հետ։ Կարմիր գաճաճի շուրջ պտտման պարբերությունը 38 ժամ է, հեռավորությունը՝ շուրջ 2 միլիոն կիլոմետր։ Մակերևույթին ջերմաստիճանը մոտավորապես 230 °C է։

2015 թվականին հայտնաբերվել է էկզոմոլորակ, որը նման է երիտասարդ Յուպիտերին։

Էկզոմոլորակների հայտնաբերման ծրագրեր և գործիքներ

Kepler 6 աստղից երկիր հասած լույս ինտենսիվության կորը, փոփոխությունը պայմանավորված է Kepler 6b աստղի ծածկմամբ էկզոմոլորակի կողմից: Դիտումները կատարվել են «Կեպլեր» աստղադիտակով

Աստղագիտական արբանյակներ

• COROT (ESA) — մասնագիտացված 30 սմ-ոց ուղեծրային տիեզերական աստղադիտակ, որը նկարում է էկզոմոլորակների փայլուն կորերը։ Գործարկվել է 2006 թվականի դեկտեմբերի 27-ին։ Ենթադրվում էր նրա օգնությամբ հայտնաբերել երկրատիպ տասնյակ մոլորակներ։

2010 թվականի մարտին COROT-ը հայտնաբերել է յոթ էկզոմոլորակ և մի գորշ թզուկ։

• "Կեպլեր" (NASA) — Շմիդտի համակարգով աշխատող(հայելիների տրամագծերը մոտավորապես՝ 0,95 մ) տիեզերական աստղադիտակ։ Կարող է միաժամանակ հետևել 100 հազար աստղերի։ Ենթադրվում էր Կեպլերի օգնությամբ հայտնաբերել 50 երկրանման մոլորակ և 600 մոլորակ, որոնք չափերով 2.2 անգամ գերազանցում են Երկրին։ «Կեպլեր»-ը Արևի շուրջ պտտվում է 1 աստղագիտական միավոր շառավիղ ունեցող ուղեծրով։ 2013 թվականի մայիսին աստղադիտակը դուրս հանվեց գործածությունից։ Այդ ժամանակ «Կեպլեր»-ը հավաստիորեն հայտնաբերել էր 132 էկզոմոլորակներ։ Արտաարեգակնային մոլորակների թեկնածուների քանակը անցնում էր 2740-ը։
• Gaia — տիեզերական աստղադիտարան։ Բացի հիմնական նպատակներից (մեր Գալակտիկայի եռաչափ քարտեզի կառուցում), ենթադրվում էր հայտնաբերել ավելի քան 10 հազար էկզոմոլորակ։ Ուղեծիր էր դուրս բերվել 2013 թվականի դեկտեմբերի 19-ին։

Երկրային աստղադիտարաններ

Դիտման տարանցիկ մեթոդ

• SuperWASP — ամենահաջողված ոչ երկրային աստղադիտարաններից մեկը։ Այս մեթոդով 2012 թվականին բացահայտվել է ավելի քանի 70 էկզոմոլորակ։ Բաղկացած է 2 աստղադիտարաններից՝ SuperWASP-North, որը գտնվում է Պալմա կղզու Ռոքե դե Լոս Մուչաչոսում(Կանարյան կղզիներ) և Հարավաֆրիկյան հանրապետության աստղադիտարան։
• HATNet նախագիծ — 6 ավտոմատ աստղադիտակներից կազմված համակարգ, որոնցից 4-ը գտնվում են Արիզոնայի Ֆրեդի Լուորենսի անվան աստղադիտարանում, 2-ը՝ Հավայան կղզիներում գտնվող Սմիթսոնյան աստղաֆիզիկական աստղադիտարանում։ Հայտնաբերվել է ավելի քան 33 էկզոմոլորակ։

Դիտման լուսային արագությունների մեթոդ(դոպլերյան մեթոդ)

• HARPS — բարձր ճշգրտությամբ սպեկտրաչափ, որը տեղադրվել է 2002 թվականին Չիլիում գտնվող Լա Սիլյա աստղադիտարանի 3.6 մետրանոց դիտակի վրա։ Ուսումնասիրությունները կատարվում են լուսային ճառագայթների արագությունների մեթոդով։ ESO-ի մաս է հանդիսանում։
• Կեկա աստղադիտարան — աշխարհում 2 խոշորագույն հայելային դիտակներից կազմված աստղադիտարան։ Սկզբնական հայելիների(յուրաքանչյուր աստղադիտակում 3-ն են) տրամագիծը 10 մետր է։

Գործող նախագծեր

• PEGASE —նախատեսվում էր 2010-2012 թվականների համար։
• TESS — հաստատվել է։ Մեկնարկը կայացել է 2017 թվականին։
• EChO — նախագծի տեսական մշակման փուլում է։ Հաստատման դեպքում մեկնարկը սպասվում է 2022 թվականին։
• Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) - մեկնարկը 2025 թվականից հետո։ Տիեզերական կարևոր նախագծերի թվում է երկրային աստղադիտարանների զարգացման խնդիրը։

Էկզոմոլորակների որոնման մեթոդներ

• 1. Դոպլերի մեթոդ—աստղի անկյունային արագության որոշման մեթոդ։ Այն ամենատարածված մեթոդն է։ Դոպլերի մեթոդի օգնությամբ հնարավոր է հայտնաբերել Երկրի զանգվածից մի քանի և ավելի անգամ մեծ մոլորակներ, որոնք գտնվում են աստղին շատ մոտ և մոլորակ-հսկաներ, որոնք պտտվում են իրենց աստղի շուրջ 10 և ավելի տարի պարբերությամբ։ Այս մեթոդը հնարավորություն է տալիս պարզել անկյունայի արագության տատանման պարբերությունը «աստղ-միայնակ մոլորակ» զույգի համար, մոլորակի զանգվածը, էքսցենտրիսիտետը և էկզոմոլորակի զանգվածի ստորին սահմանը՝ $M_{j}\sin \alpha$: Մոլորակի ուղեծրային հարթության և դեպի Երկիր ուղղության կազմած $\alpha$ անկյունը արդի մեթոդները հնարավորություն չեն տալիս չափել։ Այս մեթոդով 2011 թվականին գրացվել է 647 մոլորակ։
  2. Տարանցիկ մեթոդը կապված է աստղի ֆոնի վրա մոլորակի հայտնվելու հետ։ Այդ պահին աստղի լուսավորությունը նվազում է։ Մեթոդը հնարավորություն է տալիս պարզել մոլորակի չափերը, իսկ Դոպլերի մեթոդի զուգորդման հետ հնարավոր է լինում պարզել նաև մոլորակի խտությունը։ Տեղեկություններ է տալիս մթնոլորտի առկայության և կազմության մասին։ Հարկ է նշել, որ այս մեթոդով հնարավոր է հայտնաբերել միայն այն մոլորակները, որոնց պտտման ուղեծրերը գտնվում են դիտման կետի հետ նույն հարթության մեջ։ 2011 թվականի նոյեմբերի դրությամբ հայտնաբերվել է 185 մոլորակ։
  3. Գրավիտացիոն միկրոոսպնյակավորման մեթոդ։ Դիտարկվող օբյեկտի(աստղ, գալակտիկա) և Երկրի վրա գտնվող դիտորդի միջև պետք է լինի այլ աստղ(այն ոսպնյակի դեր է կատարում), որը իր գրավիտացիոն դաշտի շնորհիվ կֆոկուսացնի դիտարկվող աստղային համակարգից առաքվող լույսը։ Այս մեթոդի կիրառությունները խիստ սահմանափակ են։ Մեթոդը զգայուն է փոքր զանգված ունեցող մոլորակների դեպքում։ 2011 թվականի սեպտեմբերի դրությամբ հայտնաբերված է 13 մոլորակ։
  4. Աստղաչափական մեթոդ։ Մեթոդը հիմնված է մոլորակի գրավիտացիոն դաշտի ազդեցությամբ աստղի սեփական շարժման փոփոխության ուսումնասիրման վրա։ Աստղաչափության միջոցով պարզվել են մի շարք էկզոմոլորակների զանգվածները, մասնավորապես՝ Էպսիլոն Էրիդանա Բ-ի։ Այս մեթոդի ապագան կապված է SIM-ի հետ։
  5. Պուլսարների ռադիոդիտում։ Եթե պուլսարի շուրջ պտտվում են մոլորակներ, ապա ճառագայթված ազդանշանը ուն տատանողական բնույթ։ Հզոր ճառագայթումները տարածության մեջ առաջացնում են կոնական մակերևույթներ։ Եթե այդպիսի մակերևույթի վրա հայտնվում է Երկիրը, ապա հնարավոր է գրանցել ճառագայթումը։ 2010 թվականի մարտի դրությամբ 2 պուլսարերի մոտ հայտնաբերվել է 5 մոլորակ։
  6. Ուղղակի դիտում։ Գոյություն ունի էկզոմոլորակների պատկերի ստացման ուղղակի մեթոդ, որը հիմնված է աստղից դեպի մոլորակ եկող լույսի մեկուսացման վրա։ Այս մեթոդի կիրառման վառ օրինակ է HR 8799 մոլորակային համակարգի 4 մոլորակների հայտնաբերումը։ Մեթոդը լավ աշխատում է ջերմ և իրենց աստղերից բավականաչափ հեռացված մոլորակների համար(~ 10-100 ա. մ.): Այդպիսի մոլորակները ջերմ են իրենց առաջացումից հետո մնացած ջերմության հաշվին։ Այդ պատճառով մեթոդը լավ կիրառելի է երիտասարդ մոլորակների դեպքում։ Ենթադրվում է, որ Ջեյմս Ուեբբի անվան տիեզերական աստղադիտակը 6.5 մետրանոց հայելու շնորհիվ ոչ միայն կկարողանա ուղղակի դիտումներով հայտնաբերել էկզոմոլորակներ, այլ կկարողանա մանրամասն ուսումնասիրել մոլորակների մթնոլորտային բաղադրությունը։

Էկզոմոլակների դասեր

Ըստ Սուդարսկու դասակարգման առանձնացվում են էզկոմոլորակների հետևյալ տեսակներ.

• I. Գազային էկզոմոլորակներ՝
  • սառը յուպիտեր;
  • տաք յուպիտեր;
  • փուխր մոլորակ;
  • սառը նեպտուն;
  • տաք նեպտուն;
  • հելիումային մոլորակ;
  • ջրային հսկա;
  • սառցե հսկա;
  • գերծանր յուպիտեր;
  • էքսցենտրիկ յուպիտեր;
• 2. Երկրի տիպի էկզոմոլորակ
  • գերծանր երկիր;
  • մեգա երկիր;
  • մինի երկիր;
  • օվկիանոսային մոլորակ;
  • քթոնիկ մոլորակ;
  • միջուկազուրկ մոլորակ;
  • երկաթյա մոլորակ
  • ածխածնային մոլորակ
  • լավային ծածկույթով մոլորակ;
  • անապատային մոլորակ։

Գոյություն ունեն էկզոմոլորակների կատալոգներ, այդ թվում նաև կազմված ՆԱՍԱ-ի կողմից, և էկզմոլորակների եվրոպական հանրագիտարան։

Արտաքին հղումներ

• The Extrasolar Planets Encyclopaedia (անգլ.)