Svemirski opservatorij LISA (Laser Interferometer Space Antenna), koji je trenutačno u razvoju, detektirat će gravitacijske valove, sitne “nabore” u prostor-vremenu nastale brzim kruženjem masa u svemiru. Dvije nove studije pod vodstvom NASA-inih astrofizičara, objavljene protekloga tjedna u časopisu The Astrophysical Journal, detaljno objašnjavaju kako bi LISA mogla otkriti novu i jedinstvenu populaciju egzoplaneta diljem naše galaksije.
Najčešći izvor gravitacijskih valova za LISA-u bit će sustavi dvostrukih bijelih patuljaka, odnosno dvojni sustavi sastavljeni od bijelih patuljaka u bliskim orbitama. Prisutnost egzoplaneta koji kruži unutar takvog sustava utiskuje se u signal gravitacijskih valova na način koji će znanstvenici moći otkriti. Prvi rad analizira samu metodu detekcije te određuje mase planeta i orbitalne periode pri kojima ona najbolje funkcionira, dok drugi istražuje kako bi se takva otkrića mogla potvrditi pomoću NASA-ina svemirskog teleskopa James Webb.
Otkrivanje kolebanja
Misiju LISA predvodi Europska svemirska agencija, a njezino je lansiranje planirano za sredinu 2030-ih godina. Metoda detekcije kojom će se služiti slična je metodi radijalne brzine, koja se koristi svjetlošću za pronalaženje egzoplaneta oko obližnjih zvijezda. Dok planet kruži, njegova gravitacija povlači matičnu zvijezdu i izaziva njezino blago povratno gibanje, odnosno kolebanje, zbog kojeg se spektar zvijezde pomiče prema crvenijim valnim duljinama dok se udaljava od promatrača, a prema plavijima dok mu se približava, što je posljedica Dopplerova učinka.
Sličan se proces odvija i s gravitacijskim valovima: dvostruki bijeli patuljci sami emitiraju gravitacijske valove gotovo neprekidne frekvencije, no dovoljno masivan planet u sustavu izaziva povratno gibanje dvojnog sustava i dodaje Dopplerovu modulaciju gravitacijskom signalu. Ta se modulacija u podacima opservatorija LISA pojavljuje kao sekundarn signali na višim i nižim frekvencijama od primarne.
Iako su egzoplaneti dosad pronađeni oko nekoliko izoliranih bijelih patuljaka, nijedan još nije otkriven oko dvojnog sustava bijelih patuljaka, što znači da bi nalazi opservatorija LISA predstavljali zasebnu, dosad nepoznatu populaciju egzoplaneta. Astronomi procjenjuju da Mliječni put sadrži oko 10 milijuna sustava dvostrukih bijelih patuljaka s orbitalnim periodima kraćim od jednog sata, koji stvaraju gravitacijske valove u frekvencijskom rasponu prikladnom za LISA-u. Stoga očekuju da će opservatorij uspjeti razlučiti oko 10.000 pojedinačnih sustava te približno 100 mješovitih dvojnih sustava sastavljenih od bijelih patuljaka, neutronskih zvijezda ili crnih rupa sličnih orbitalnih perioda.
Nakon prvih detekcija bit će presudno potvrditi dio tih nalaza zajedničkim opažanjima da se utvrdi odgovaraju li gravitacijski signali doista stvarnim planetima, a ne lažno pozitivnim rezultatima. Istraživački tim stoga je razradio novu metodu potvrđivanja koja koristi infracrvenu osjetljivost teleskopa Webb, jer planet u sustavu dvostrukih bijelih patuljaka proizvodi veći udio infracrvene svjetlosti nego što se očekuje od samih zvijezda. Njegovi instrumenti mogu detektirati taj višak infracrvenog zračenja na udaljenosti od najmanje 500 svjetlosnih godina i tako potvrditi otkriće LISA-e.
