Mikročočky

Další metoda objevování exoplanet je založena na principu gravitačních mikročoček. Tuto metodu lze zařadit mezi fotometrické způsoby detekce. Podle Obecné teorie relativity dochází v okolí velmi hmotných těles ke znatelnému zakřivení drah světelných paprsků. Pokud před nějakou velmi vzdálenou hvězdou prochází slabě zářící, ale velmi hmotné těleso, lze zaznamenat postupný nárůst a pokles její jasnosti. Kdyby okolo tohoto tělesa obíhala ještě planeta, mohla by se na křivce jasnosti projevit krátkodobým zjasněním.
Pro upřesnění, v případě, že čočkujícím tělesem je galaxie, mluvíme o gravitační čočce, pokud jde o hvězdu, planetu, či menší objekt, mluvíme o mikročočce.

Ilustrační obrázek znázorňující metodu gravitační čočky.

Pro poloměr pozorovaného Einsteinova prstence (gravitační jev předpovězený Albertem Einsteinem před více než 60 lety jako důsledek Obecné teorie relativity; snímek z HST je demonstrací Einsteinovy myšlenky, podařilo se zachytit kompletní prstenec obklopující galaxii, která jej svou gravitací vytvořila) platí:

(1)

kde M_L je hmotnost čočky a D_L a D_S jsou vzdálenosti k čočce a ke zdroji. O poměru R_E / D_L mluvíme jako o Einsteinově úhlu θ_E.

Geometrie a směr paprsků při pozorování gravitační mikročočkou. O - pozorovatel (observer), L - mikročočka (lens), S - hvězda (star), S' a S" - zdánlivé obrazy hvězdy, D_L - vzdálenost mikročočky od pozorovatele, D_S - vzdálenost hvězdy od pozorovatele

Zvětšení (zjasnění) čočky je funkcí času a platí:

(2)

kde u(t) je projekce úhlové vzdálenosti mezi čočkou a zdrojem v jednotkách Einsteinova poloměru. V případě, že by čočka byla bodová a body objekt – čočka – pozorovatel by se nacházely na jedné přímce, bylo by u(t) → 0 a zvětšení by teoreticky bylo nekonečné.

Jasnost hvězdy na pozadí zesílená samostatnou čočkou v popředí

Jasnost hvězdy na pozadí zesílená čočkou s planetou

Na výše uvedených obrázcích jsou křivky, jejichž první maxima náleží maximálnímu úhlovému přiblížení zdroje k čočce. Jestliže čočku tvoří dva objekty (níže uvedený graf), v našem případě hvězda a planeta, závisí tvar křivky na poměru jejich hmotností a na úhlové vzdálenosti hvězda – planeta. Po většinu času bude křivka stejná jako v případě jednoduché čočky. Pouze na několik hodin (primární zdroj má za následek zjasnění trvající typicky několik desítek dnů) se zde projeví další zjasnění.

Doba, po kterou lze sekundární (z hlediska doby trvání, nikoli jasnosti) maximum pozorovat, závisí na hmotnosti čočkující planety. Z toho vyplývá první úskalí této metody – čočkující hvězdu je třeba neustále sledovat i několik měsíců, abychom tuto relativně krátkodobou událost zachytili. Navíc sama pravděpodobnost pozorování primárního jevu je velmi malá.

	GIF (3,7 MB) AVI (0,2 MB) MPEG (0,5 MB)
Animace úkazu gravitační mikročočky OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53. Červený kroužek na obloze indikuje odchylku vlinem planety; zelený kroužek (objeví se v průběhu animace) – řádný projev hvězdy vlivem gravitační mikročočky. Animace vytvořil Andrzej ve spolupráci s OGLE.

Ohyb světla hmotným bodem

Na serveru www.aldebaran.cz (autor: Ondřej Pšenčík) je k dispozici zajímavý applet, kterým lze simulovat ohyb paprsku v okolí hmotného tělesa, a tím si udělat lepší představu o této metodě hledání exoplanet.