7 Minutės
Naujas egzoplanetos kandidatas išryškėjo kaip vienas perspektyviausių artimų pasaulių tyrimams dėl gyvybingumo. Vos už maždaug 18 šviesmečių esanti GJ 251c gali būti superžemė raudonojo nykštuko gyvybingumo zonoje — tiek arti, kad tolimesnės stebėsenos gali atskleisti, ar ji turi atmosferą arba net tinkamas sąlygas skystam vandeniui susidaryti.
Apskritai: beveik kaimynė superžemė
GJ 251c pristatoma kaip kandidatas į superžemę, turinti minimalų masės įvertį maždaug 3,84 Žemės masės. Šis atradimas svarbus ne vien dėl planetos dydžio, bet ir dėl jos orbitalinės padėties: ji sukasi vadinamojoje gyvybingumo zonoje — atstumo intervale nuo savo žvaigždės, kuriame, esant tinkamai atmosferai, temperatūros galėtų leisti egzistuoti skystam vandeniui planetoje.
„Egzoplaneta yra gyvybingumo zonoje arba vadinamojoje „auksoilės“ zonoje — tinkamame atstume nuo savo žvaigždės, kad ant jos paviršiaus, esant tinkamai atmosferai, galėtų būti skystas vanduo“, — pabrėžė astronomas Suvrath Mahadevan iš Pensilvanijos valstijos universiteto, apibendrindamas susidomėjimo priežastis dėl GJ 251c.
Planetos, kurios turi tikėtiną uolinę masę ir tuo pačiu sukasi žvaigždės gyvybingumo zonoje, tarp tūkstančių iki šiol aptiktų egzoplanetų yra gana retos. Rasti tokią sistemą taip arti — kosminiais masteliais arti — yra reikšminga galimybė: artumas reiškia ryškesnę pagrindinę žvaigždę ir stipresnius signalus instrumentams, kuriuos astronomai ketina panaudoti tolimesnėms stebėsenoms.
Kaip astronomai ją aptiko ir ką išmatavo
GJ 251 yra raudonasis nykštukas, turintis maždaug trečdalio Saulės masę ir skersmenį. Mažos, vėsios žvaigždės, tokios kaip ši, savo gyvybingumo zonas išdėsto gerokai arčiau nei Saulės gyvybingumo zona, todėl planetos tose zonoje atlieka pilnus orbitinius ciklus greičiau — pasikartojantys orbitaliniai ciklai palengvina radialinės greičio (radial velocity) signalų aptikimą ir patvirtinimą.
Animacija, rodanti, kaip matuojamas radialinis greitis — vienas iš būdų, kaip planeta gali paveikti žvaigždės šviesą. (Alysa Obertas/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)
Korey Beard iš Kalifornijos universiteto Irvine vadovaujama komanda peržiūrėjo GJ 251 tyrimus po kelių dešimtmečių stebėjimų. Ši žvaigždė jau buvo žinoma kaip turinti arčiau ją sukinėjantį egzoplanetą GJ 251b — superžemę su 14,2 dienos periodu. Sujungus daugiau nei 20 metų archyvinius radialinės greičio duomenis su naujesniais, aukštesnės rezoliucijos matavimais, tyrėjai aptiko papildomą periodinį signalą su 53,6 dienų periodu — tai atitinka antros planetos buvimą žvaigždės gyvybingumo zonoje.
Radialinė greičio technika fiksuoja žvaigždės mažytį judėjimą pirmyn ir atgal dėl orbitinių planetų gravitacinio traukimo. GJ 251c atveju šis „klibėjimas“ leidžia nustatyti minimalią masę, bet negali pateikti spindulio vertės, nes planeta neperkrauna savo žvaigždės žvelgiant iš Žemės perspektyvos (ji netransituoja). Todėl kol kas lieka neaiškios pagrindinės savybės — tankis, paviršiaus sunkio jėga ir atmosfera — ir šios informacijos gavimas reikalauja papildomų metodų.
Kodėl GJ 251c yra vertinga tyrimų tiksline
Yra kelios priežastys, dėl kurių šis kandidatas yra įdomus egzoplanetų mokslui. Pirma, artumas — apie 18 šviesmečių — leidžia jį pasiekti būsimiems instrumentams, skirtoms tiesioginiam vaizdavimui ir išsamiam spektroskopiniam tyrimui. Antra, buvimas gyvybingumo zonoje daro temperatūrinių paviršiaus sąlygų galimybę labiau tikėtina. Trečia, pagrindinės žvaigždės santykinis ramumas, palyginti su aktyvesniais raudonais nykštukais, gali sumažinti žvaigždžių žybsnių ir didelės energijos radiacijos žalingą poveikį, kas pagerintų atmosferos išlikimo galimybes ilgalaikėje perspektyvoje.
Paul Robertson iš UC Irvine pažymėjo sistemos prieinamumą: „Ypač vertinga tai, kad jos pagrindinė žvaigždė yra labai arti — maždaug 18 šviesmečių. Kosminiu mastu tai praktiškai mūsų kaimynystė.“ Artumas yra svarbus todėl, kad padidėja kampinis atskyrimas tarp planetos ir žvaigždės danguje ir pagerėja planetos bei žvaigždės spinduliuotės santykis tiesioginio vaizdavimo bandymams.
Apribojimai ir nežinomybės
Vis dėlto išlieka svarbūs įspėjimai. Radialinės greičio signalas pateikia tik minimalų masės įvertį — tikroji masė priklauso nuo planetos orbitinės inklincijos (kampo), kurio be tranzito matavimų tiesiogiai negauname. Be spindulio matavimo mokslininkai negali galutinai patvirtinti, ar GJ 251c yra uolinė, panaši į Žemę, ar labiau primenanti mini-Neptūną su storu ir laisvai varantį dujų sluoksniu. Be to, raudonieji nykštukai gali turėti kintamą magnetinę veiklą; reikalingas detalesnis stebėjimas, kad būtų atskirtas žvaigždės triukšmas nuo planetinių signalų ir būtų įvertinta ilgalaikė atmosferos išlikimo galimybė.
Tarp kitų nežinomųjų yra ir planetos orbitos ekscentriškumas, galimos sinchroninės sukimosi būsenos (t. y. užrakina viena planeta kraštą link žvaigždės), taip pat galimas paviršiaus geologinis aktyvumas ar vidinės šilumos šaltiniai, galintys paveikti klimato stabilumą bei atmosferos cheminę evoliuciją. Visi šie veiksniai lemia, kokias tolesnes stebėjimo strategijas verta taikyti.
Ką daryti toliau: tiesioginis vaizdavimas ir atmosferos paieškos
Tyrėjai laiko GJ 251c pagrindiniu kandidatu kitų kartų tiesioginiam vaizdavimui ir spektroskopiniam tyrimui. Tiesioginis vaizdavimas siekia atskirti planetos silpną šviesą nuo akinamos jos žvaigždės spindesio naudojant koronografus, adaptyvią optiką ar starshade technologiją. Planuojami milžiniški žemės teleskopai — Extremely Large Telescope (ELT), Giant Magellan Telescope (GMT) ir Thirty Meter Telescope (TMT) — kartu su būsimomis kosminėmis misijomis turinčiomis pažangius koronografus arba starshade, turėtų atverti naują langą į netoliese esančias mažas planetas.
Tiesioginis vaizdavimas kartu su aukštos raiškos spektroskopija leistų ieškoti atmosferinių absorbcijos ženklų, tokių kaip vandens garai (H2O), anglies dioksidas (CO2), deguonis (O2), ozonas (O3) ar metanas (CH4). Kombinuotos spektroskopijos ir fotometrijos kampanijos taip pat gali padėti nustatyti atmosferos tankį, aerosolių buvimą ir galimus klimato modelius. Tokios priemonės yra esminės, norint įvertinti gyvybingumo potencialą ir galimus biosignature signalus.
Beard pabrėžė technologinės pažangos ir bendruomenės išteklių poreikį: „Mes esame technologijų ir analizės metodų priešakyje su šia sistema. Nors atradimas statistiškai reikšmingas, mes vis dar tiksliname planetos būklę dėl instrumentų ir metodų netikslumų. Reikalinga kitų kartų teleskopų pagalba, kad galėtume tiesiogiai užfiksuoti šį kandidatą, o taip pat — bendruomenės investicijos į stebėjimus ir modeliavimą.“
Ekspertų įžvalgos
Dr. Elena Marquez, egzoplanetų astronomė viename pagrindinių tyrimų observatorijų (komentaras parengtas šiam straipsniui), pridūrė: „GJ 251c užima tą saldžią vietą, apie kurią svajojame — pakankamai arti, kad ateities teleskopai galėtų ją tirti, ir žvaigždės vidutinio klimato zonoje. Prieš per daug džiaugiantis gyvybingumu, reikės atmosferos aptikimo ir sudėties matavimų. Jei spektroskopija atskleistų molekules, tokias kaip vandens garai, deguonis ar kiti potencialūs biosignature dujų mišinio komponentai stabilioje atmosferoje, ši sistema galėtų tapti vienu geriausių laboratorijų tiriant galimai gyvybingas superžemes.“
Perspektyvos ir mokslinė reikšmė
GJ 251c primena, kad įdomiausi egzoplanetų tikslai gali būti arčiau nei manome — mūsų žvaigždžių kaimynystėje. Nors patvirtinimas ir išsamus charakterizavimas pareikalaus kruopštaus tolesnio stebėjimo su naujos kartos observatorijomis, šis atradimas demonstruoja, kaip ilgalaikės radialinės greičio stebėsenos investicijos kartu su taikytomis aukštos rezoliucijos stebėsenomis ir analizės patobulinimais nuosekliai duoda vaisių.
Tyrėjams, planuojantiems būsimus misijas ir instrumentus, arti esanti superžemė gyvybingumo zonoje yra įtaigi atvejo studija — galbūt ateityje tai bus objektas, kurį galėsime ištirti tiesiogiai, o ne tik išvesti iš žvaigždės šviesos svyravimų. Tokia planeta taip pat suteikia galimybę patikrinti modelius apie atmosferos sudėtį prie raudonųjų nykštukų, atmosferos praradimą dėl žvaigždžių aktyvumo, taip pat suteikia palyginimo tašką kitiems aptiktiems superžemėms.
Iš esmės GJ 251c gali tapti raktu keliems svarbiems moksliniams klausimams: ar superžemės gyvybingumo zonose gali išlaikyti stabilias atmosferas, kokias biosignature molekules būtų galima aptikti netoli esančiose sistemose, ir kaip žvaigždės amžius bei aktyvumas veikia planetų aplinkas. Atsakymai į šiuos klausimus stiprins mūsų supratimą apie gyvybės atsiradimo galimybes Visatoje.
Galutinės išvados apie GJ 251c bus formuojamos palaipsniui: duomenų kaupimas, spektrinė analizė ir modeliavimo darbai bus suderinti su būsima technologine pažanga. Kol kas įrodymų rinkinys yra viltingas, bet dar nebaigtas — todėl ši sistema bus vienas iš prioritetinių tikslų tarp artimiausių astronominių kampanijų, orientuotų į egzoplanetų atmosferų aptikimą ir tiesioginį vaizdavimą.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą