Přímé zobrazení

Metoda přímého zobrazení exoplanety obecně spočívá v detekci velmi malého objektu, který zároveň vyzařuje pouze odražené světlo své mateřské hvězdy. Obtížnost této metody ilustrují snímky hnědých trpaslíků pořízených v letech 1994 a 1995 pozemními dalekohledy a Hubblovým kosmickým dalekohledem. V té době bylo přímé pozorování exoplanet hudbou budoucnosti, neboť jsou v porovnání s hnědými trpaslíky mnohem menší a mnohem blíže k mateřské hvězdě.
Problémy přímé detekce exoplanet jsou zřejmé z následujícího srovnání – na pravém snímku by bylo Slunce 100 krát jasnější než centrální hvězda a Země by zářila 1 000 krát méně než hnědý trpaslík a nacházela by se 40 krát blíže ke hvězdě.

Vlevo se nachází hnědý trpaslík (uprostřed), který byl poprvé pozorován v infračerveném spektru 27. října 1994 použitím adaptivní optiky na 60ti palcovém dalekohledu na hoře Palomar v Kalifornii. Bylo nutné potvrdit, že oba objekty jsou spolu rotačně vázány. Gl 229B je od své mateřské hvězdy ve vzdálenosti zhruba jako Pluto od Slunce. Přesto bylo nutné mateřskou hvězdy odclonit. V pravé části se nachází snímek Gl 229B pořízený 17. listopadu 1995 Hubblovým kosmickým dalekohledem.

Donedávna jediný (a zároveň první) snímek hnědého trpaslíka, který obíhá okolo hvězdy Gl 229A, což je červený trpaslík (spektrální typ M1V) ve vzdálenosti 7 pc. Hnědý trpaslík Gl 229B o hmotnosti 20 až 50 Jupiterů se nachází 7 úhlových vteřin od hvězdy (40 AU).

Poměr zářivého výkonu hvězdy a planety je dán vztahem

(1)

kde L je zářivý výkon, R poloměr, a hlavní poloosa dráhy.
Indexy p a * označují planetu a hvězdu. p(λ, α) je funkce, která vyjadřuje odrazivost povrchu planety v  závislosti na vlnové délce a fázi.

Poměr L_p / L_* je velmi malý, pro planetu Jupiter obíhající okolo Slunce by byl řádově 10^-9. Úhlová vzdálenost Jupiteru od Slunce by byla 1 úhlová vteřina při pozorování ze vzdálenosti 5 pc. Při pozemním pozorování dělá největší potíže vliv atmosféry – seeing, který se projevuje zhruba 1 úhlovou vteřinou. Využívání systémů adaptivní optiky je proto téměř nezbytné. Cílem zdokonalení přímých zobrazovacích metod je proto v první řadě pokus o potlačení vlivu atmosférické turbulence (adaptivní optika, pozorování z vesmíru), dále snížení rozptýleného světla hvězdy (koronální masky) a v neposlední řadě zvýšení kontrastu hvězda – planeta pozorováním na větších vlnových délkách.

První snímek exoplanety se podařilo pořídit v dubnu 2005, kdy mezinárodní tým astronomů potvrdil objev obří planety (zhruba 5 krát hmotnější než Jupiter), která je gravitačně vázána s mladým hnědým trpaslíkem. Tato zpráva také ukončila téměř rok trvající diskuzi o povaze tohoto objektu, který začal detekcí červeného objektu v blízkosti hnědého trpaslíka.

V únoru a březnu 2005 získali astronomové nové snímky mladého hnědého trpaslíka a jeho obřího planetárního průvodce. Snímky byly pořízeny pomocí přístroje NACO teleskopu VLT (Very Large Telescope) v severní Chile. Planeta se nachází blízko jižního souhvězdí Hydra a je ve vzdálenosti zhruba 200 světelných let od Země.

Na snímku je zachycena první planeta mimo naší sluneční soustavu, která obíhá okolo hnědého trpaslíka (vpravo od středu) ve vzdálenosti rovnající se zhruba dvojnásobku vzdálenosti planety Neptun od Slunce. Obrázek je složen ze tří infačervených expozic (vlnové délky 3,8, 2,2, a 1,6 µm) pořízených pomocí zařízení s adaptivní optikou NACO namontovanou na 8,2 m teleskopu Yepun VLT na Paranalské observatoři ESO.

„Naše nové snímky přesvědčivě ukazují, že se jedná skutečně o planetu, první planetu, která byla vyfotografována mimo naší sluneční soustavu“, říká Geal Chauvin, astronom ESO a vedoucí týmu astronomů, který se touto teorií zabývá.
„Oba dva objekty – obří planeta a mladý hnědý trpaslík – se pohybují spolu; pozorovali jsme je po dobu jednoho roku a nové snímky v podstatě potvrdili naše výsledky zkoumání z roku 2004“, říká Benjanim Zuckerman, profesor fyziky a astronomie, člen Institutu Astrobiologie NASA a člen týmu. „Jsem si na více než 99 procent jistý.“ Planeta a hnědý trpaslík jsou od sebe 55 krát dále než Země a Slunce.

Ilustrace

Tento snímek pořízený zařízením NACO VLT zobrazuje GQ Lupi ve vlnové délce 2,2 µm. Napravo od hvězdy se nachází velmi slabý bod - nově nalezený chladný průvodce. Září 250 krát slaběji než samotná hvězda a nachází se 0,73 úhlové vteřiny západně, což při přepočtení na vzdálenost GQ Lupi odpovídá zhruba 100 AU.	Na tomto snímku je koronografické znázornění AB Pictoris a jejího drobného průvodce (dole vlevo). Data byla pořízena 16. března 2003 pomocí zařízení NACO VLT, přičemž bylo použito zákrytové masky o průměru 1,4 úhlové vteřiny přes hvězdu AB Pictoris.
Tento obrázek ukazuje pro ilustraci porovnání naší sluneční soustavy se systémem hnědého trpaslíka 2M1207 s jeho možnou planetou ve vzdálenosti 55 AU. Velikosti objektů jsou zakresleny ve stejném měřítku, ale vzdálenosti jsou výrazně komprimovány.