Mänskligheten upplever en revolution inom astronomin. Tills nyligen, Vi har varit beroende av det elektromagnetiska spektrumet (dvs. ljuset) för att göra upptäckter från vårt solsystems bakgård till kosmos längst bort genom att använda teleskop. Nu, med den första historiska upptäckten av gravitationella vågor den 14 september, 2015, ett helt nytt universum väntar oss, en där vi kan analysera rymdtidens krusningar som sköljer över oss från kollisioner med svarta hål och, eventuellt, främmande världar när de kretsar kring sina avlägsna stjärnor.

I en studie publicerad 8 juli, 2019, i Natur Astronomi, en grupp forskare har undersökt den senare möjligheten att avslöja extrasolära planeter, eller exoplaneter, som annars skulle förbli osynlig för traditionella astronomiska tekniker.

"Vi föreslår en metod som använder gravitationsvågor för att hitta exoplaneter som kretsar kring binära vita dvärgstjärnor, "Nicola Tamanini, från Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) i Potsdam, Tyskland, sade i ett uttalande.

Än så länge, gravitationsvågorna som genereras av massiva kollisioner i det djupa kosmos har upptäckts av två observatorier, det amerikanska laserinterferometern Gravitational-wave Observatory (LIGO) som använder två detektorer i Washington och Louisiana, och Jungfrun interferometern nära Pisa, Italien. Båda projekten använder L-formade byggnader som rymmer avancerade laserinterferometrar som kan detektera minutfluktuationer i avstånd när gravitationsvågor tvättar genom vår planet. LIGO var den första som upptäckte de gravitationella vågor som teoretiserades av Einstein för mer än ett sekel sedan och nu arbetar både LIGO och Virgo tillsammans för att regelbundet detektera kollisioner av svarta hål och neutronstjärnor.

År 2017, en annan historisk milstolpe nåddes när både gravitationella vågor och gammastrålning detekterades samtidigt när två neutronstjärnor kolliderade i en galax 130 ljusår bort. Denna händelse lanserade en ny era av "multimessenger -astronomi" som gjorde det möjligt för astronomer att hitta platsen för händelsen, förstå de fysiska mekanismerna bakom korta gammastrålningsutbrott, bekräfta att kolliderande neutronstjärnor är den skyldige, och ge en intim titt på de kärnkraftsprocesser som tillverkar tunga element (som guld och platina) i kosmos.

Lansering av detektorer i rymden

Med dessa otroliga framsteg som underlättas av vår nya förmåga att upptäcka gravitationella vågor, vad har framtiden att erbjuda? Väl, varför inte skjuta ett gravitationsvågsobservatorium ut i rymden! Som diskuterades i Nature Astronomy -studien, den planerade Laser Interferometer Space Antenna (LISA) kommer att göra just det och dess extrema känslighet kommer att ge oss en helt ny titt på kosmiska mål som för närvarande gömmer sig i mörkret. Ett av dessa mål kommer att vara binära vita dvärgstjärnsystem som kan åtföljas av exoplaneter i omloppsbana (med massor på 50 jordmassor och större) som inte kan ses med hjälp av nuvarande exoplanet-detekteringsteknik. Teoretiskt sett LISA kommer att vara känsligt för gravitationella vågor som kommer från vita dvärgbinarier i hela vår galax.

"LISA kommer att mäta gravitationella vågor från tusentals vita dvärgbinarier, "sa Tamanini." När en planet kretsar kring ett par vita dvärgar, det observerade gravitationsvågmönstret kommer att se annorlunda ut jämfört med ett av en binär utan en planet. Denna karakteristiska förändring av gravitationella vågformer gör att vi kan upptäcka exoplaneter. "

Vita dvärgar är stjärnkroppen av solliknande stjärnor som har tagit slut på bränsle och dött för länge sedan. Vår sol tar slut på bränsle om 5 miljarder år eller så, vilket får den att svälla upp till en uppblåst röd jätte. Efter den röda jättefasen, stjärnan kommer att kasta sina lager av varm plasma, skapa en så kallad planetarisk nebulosa, lämnar ett litet snurrande föremål ungefär lika stort som jorden i dess spår. Detta täta föremål kommer sedan att krossas under sin egen enorma tyngdkraft, skapa en klump degenererad materia.

Vita dvärgar är välstuderade och representerar finalen, död fas av vår sols liv, men de kan också vara ovärderliga objekt i vår strävan att hitta nya världar långt bortom solsystemet.

Om, till exempel, två vita dvärgar kretsar kring varandra som ett binärt system, gravitationsstörningarna de skapar kommer att fungera som en snurrande barns leksak i en pool - krusningar i rymdtiden kommer att sprida sig i alla riktningar, bär energi bort från de kretsande stjärnorna med ljusets hastighet. Nuvarande gravitationsvågdetektorer kan bara mäta de mest kraftfulla kosmiska sammandrabbningarna, men med LISA, dessa mer subtila händelser som ger en svagare gravitationsvågssignal kommer att vara inom räckhåll.

Dolda främmande världar

För närvarande, astronomer använder två primära metoder för att upptäcka exoplaneter som kretsar kring andra stjärnor:"radialhastighetsmetoden, "som använder mycket känsliga spektrometrar kopplade till teleskop som kan upptäcka Doppler -skiftet orsakat av en kretsande exoplanet, och "transiteringsmetoden, "som NASA:s rymdteleskop Kepler (och andra) använder för att upptäcka det mycket svaga starkt ljusstyrkan när en värld kretsar framför.

Även om över 4, 000 exoplaneter har upptäckts främst genom att använda dessa två metoder, vissa exoplaneter förblir dolda och när det gäller binära vita dvärgar, vi vet lite om de burk värd exoplaneter. Men, om LISA kan mäta rymd-tids krusningar som härrör från dessa system, det kan också upptäcka lätt dragning av exoplaneter när de kretsar, på ett liknande sätt som metoden för radiell hastighet mäter Doppler -skiftet av elektromagnetiska vågor, använder bara gravitationella vågor istället.

LISA är ett projekt som leds av European Space Agency och planeras för närvarande att starta 2034. Består av tre rymdfarkoster som flyger i formation, de kommer att stråla ultraprecisa lasrar mot varandra för att skapa en stor liksidig triangulär laserinterferometer med varje rymdfarkost separerade med 1,5 miljoner miles (2,5 miljoner kilometer). LISA kommer därför att vara en interferometer en miljon gånger större än vad vi för närvarande har, eller någonsin kommer att ha, på jorden.

"LISA kommer att rikta in sig på en exoplanetpopulation men ändå helt obevakad, "tillade Tamanini." Ur ett teoretiskt perspektiv, ingenting hindrar förekomsten av exoplaneter runt kompakta binära vita dvärgar. "

Om dessa binära vita dvärgstjärnsystem visar sig också vara värd för exoplaneter, de kommer att hjälpa oss att bättre förstå hur stjärnsystem som våra egna utvecklas och om planeter kan överleva efter att deras binära stjärnsystem har slut på bränsle och dött. Forskarna påpekar också att de också kan avslöja om andra generationens exoplaneter (dvs. planeter som bildas efter den röda jättefasen) existerar.

Utöver gravitationella vågdetekteringar av exoplaneter, möjligheterna är oändliga. Om det är något som den nuvarande "new age" av gravitationsvågsastronomin har lärt oss, framtida rymdbaserade observatorier som LISA kan avslöja fenomen som uppstår i mörkret som vi aldrig trodde att vi någonsin skulle bevittna.

Cirka 1, 600 ljusår från jorden, i ett binärt stjärnsystem kallat J0806, två täta vita dvärgstjärnor kretsar om varandra var 321 sekund. Baserat på data från Chandra röntgenobservatorium, astronomer tror att stjärnornas redan superkorta orbitalperiod stadigt blir kortare, vilket så småningom kommer att få de två stjärnorna att gå samman.