8 Minutės
Astronomai identifikavo potencialiai gyvenimui tinkamą pasaulį netoli Saulės sistemos: uolėtą „super-Žemę“, skriejančią aplink M tipo nykštukinę žvaigždę vos už maždaug 18 šviesmečių. Ankstyvieji matavimai rodo, kad ši egzoplaneta, pavadinta GJ 251 c, gali atsidurti savo žvaigždės gyvybės zonoje, kur temperatūra teoriškai galėtų leisti egzistuoti skystam vandeniui ant paviršiaus — tai yra viena svarbiausių gyvybės sąlygų žinomose formose.
Tarptautinė mokslininkų komanda priskyrė šią egzoplanetą pramonei „super-Žemė“, nes duomenys nurodo uolėtą sudėtį, panašią į Žemės, ir masę, kuri yra beveik keturis kartus didesnė už Žemės. (Kreditas: iliustracija — University of California Irvine)
Netolima planeta su didelėmis implikacijomis
GJ 251 c išsiskiria dviem esminiais aspektais: savo artumu ir sudėtimi. Ji yra maždaug 18 šviesmečių atstumu nuo Žemės ir sukaosi aplink M tipo (raudonąją) nykštukinę žvaigždę — tokią žvaigždžių klasę, kuri yra pati gausiausia Paukščių Take. Stebėjimai ir radialinės greičio analizė rodo, kad tai yra uolėtas planetos kūnas su mase, kelis kartus didesne už Žemės, kas patenka į „super-Žemės“ kategoriją. Kadangi planeta gali būti žvaigždės gyvybės zonoje (habitable zone), tyrėjai teigia, kad ten gali susidaryti sąlygos, kur paviršiaus temperatūra būtų suderinama su skystu vandeniu — išskirtiniu faktoriaus deriniu gyvybės paieškai.
„Iki šiol radome tiek daug egzoplanetų, kad naujos atradimas nebėra pats sensacingiausias dalykas,“ sakė Paul Robertson, fizikos ir astronomijos docentas UC Irvine bei bendraautorius tyrime. „Šio atradimo vertė slypi tame, kad jo centrinė žvaigždė yra labai arti — vos apie 18 šviesmečių. Kosmologiniu mastu tai praktiškai kaimynystė.“
Kaip planeta buvo atrasta: instrumentai ir metodika
GJ 251 c buvo aptikta naudojant tikslumo radialinio greičio (RV) matavimus, atliekamus dviem pažangiais spektrografais: Habitable-zone Planet Finder (HPF) ir NEID. Šie prietaisai aptinka labai nedidelius žvaigždės šviesos poslinkius, kuriuos sukelia orbitos planeta traukianti žvaigždę gravitaciniu sąveikos poveikiu. Planeta sukasi aplink žvaigždę, o jos gravitacija sukelia žvaigždės „virpesius“, kurie atsispindi mažuose Doplerio poslinkiuose žvaigždės spektruose — tokius poslinkius gali užfiksuoti jautrūs modernūs spektrografai.
Planetų aptikimas aplink M tipo nykštukines žvaigždes yra ypač sudėtingas dėl jų magnetinės aktyvumo: žvaigždės dėmės, spurgaus tipo išsiveržimai ir kiti aktyvumo reiškiniai sukuria signalus, kurie gali imituoti arba užmaskuoti silpnus mažų planetų RV parašus. HPF instrumentas dalinai sumažina šį triukšmą dėl to, kad jis veikia infraraudonųjų spindulių diapazone — dažnai tai yra intervalas, kuriame daugelio M žvaigždžių aktyvumas yra mažiau juntamas nei optinėje dalyje. NEID, veikiantis optiniame diapazone kitame teleskope, suteikė papildomus, palaikančius duomenis ir padėjo patvirtinti periodinį signalą, nuoseklų su skriejančiu kūnu.
Techninė analizė apima keletą žingsnių: stabilių kalibracinių žyminių naudojimą, ilgalaikių stebėjimų kampanijas, tikslų signalo filtravimą nuo žvaigždės aktyvumo komponentų ir statistinį modeliavimą, leidžiantį atskirti planetinį signalą nuo sisteminio triukšmo. HPF ir NEID instrumentų sinergija — infraraudonųjų ir optinių duomenų derinimas — prisidėjo prie to, kad periodiškumas buvo atkartotas nepriklausomai nuo vieno aparato, kas sustiprina aptikimo patikimumą.
Kodėl artumas svarbus: tiesioginio vaizdavimo perspektyvos
Dėl savo santykinio artumo GJ 251 c tampa patraukliu kandidatu būsimiems tiesioginiams vaizdavimo tyrimams. Tiesioginis vaizdavimas reiškia planetos silpnos šviesos atskyrimą nuo centrinės žvaigždės akinimo — užduotis, kurią turi atlikti itin dideli teleskopai su pažangia adaptacine optika. Tokios observatorijos nuo žvaigždės atskyrusios planetinę šviesą gali leisti tirti atmosferos spektrines savybes, ženkliakas ar net aptikti reflektuojamą vandenį ar debesuotumą.
Vienas iš projekto pavyzdžių yra University of California planuojamas Thirty Meter Telescope (TMT). Dėl milžiniško pagrindinio veidrodžio ir pažangios adaptacinės optikos TMT gali turėti pakankamą raišką ir kontrastą, kad būtų galima tiesiogiai vaizduoti prie Žemės esančias ir palyginti šiltas egzoplanetas, tarp jų potencialiai ir GJ 251 c. Tokie stebėjimai leistų vykdyti atmosferos spektroskopiją, ieškoti molekulinių ženklų (pvz., vandens garų, anglies dvideginio, metano) ir įvertinti planetos albedą bei paviršiaus sąlygas.
„TMT bus vienintelis teleskopas, turintis pakankamą raišką tokioms egzoplanetoms vaizduoti. Mažesni teleskopai to paprasčiausiai neįveiks,“ pažymėjo Corey Beard, duomenų mokslininkas Design West Technologies ir šio tyrimo pirmasis autorius, pabrėždamas, kaip didesnis skersmuo atveria naują charakterizavimo langą.
Be to, artimas atstumas sumažina kampinį atskyrimą tarp planetos ir žvaigždės, palyginti su tolimais sistemomis, todėl instrumentai su didesniu kontrastu ir mažesniais žiedais gali efektyviau atskirti silpną planetinę šviesą. Tai yra ypač svarbu ieškant atmosferos pėdsakų ar optinių atspindžių, kurie gali nurodyti skysto vandens buvimą.
Spalio 4 d., UC Irvine renginio „Brilliant Future“ uždarymo ceremonijoje Paul Robertson, jautiesiems ir astronomijos docentui, auditorijai pristatė įdomių detalių apie savo ir kolegų tyrimą apie egzoplanetą, skriejančią aplink kaimyninę žvaigždę. (Kreditas: Steve Zylius / UC Irvine)
Mokslinis kontekstas ir kas lieka neaišku
Nors aptikimo komanda teigia, kad statistiniai įrodymai dėl GJ 251 c yra tvirti, jie taip pat atkreipia dėmesį, jog instrumentiniai apribojimai ir žvaigždžių aktyvumas palieka erdvės neapibrėžtumui. Radialinio greičio metodas suteikia minimalų masės įverčio (m sin i) ir orbitinio periodo informaciją, bet jis tiesiogiai nematuoja spindulio ar atmosferos savybių. Todėl norint patvirtinti, ar ant planetos yra skysto vandens ar tanki atmosfera, reikės papildomų metodų: tiesioginio vaizdavimo, tranzitų stebėjimų ar atmosferos spektroskopijos per tranzitą ar tiesioginius spektrus.
Taip pat svarbu suprasti planetos geofiziką: net jei GJ 251 c yra uolėta ir atsiduria gyvybės zonoje, jos atmosferos sudėtis, magnetosfera, geologinė veikla ir'— svarbiausia — ar ji išlaiko atmosferą ilgą laiką, priklauso nuo daugelio veiksnių. M nykštukinės žvaigždės gali turėti ilgus aktyvumo periodus jaunystėje su intensyviu ultravioletiniu ir rentgeno spinduliavimu, kurie gali eroduoti planetų atmosferas, ypač jei planetos magnetinis laukas yra silpnas. Todėl gyvybės potencialas priklauso nuo praeities evoliucijos ir esamų sąlygų derinio.
Net be momentinių patvirtinimų, šis atradimas yra reikšmingas žingsnis. Netolimos M tipo sistemų prieinamumas keliais stebėjimo metodais — radialiniu greičiu, tranzitų fotometrija ir ateityje tiesioginiu vaizdavimu — suteikia mokslininkams įrankių rinkinį, kuriuo galima tirti planetų sudėtį, klimatą ir tinkamumą gyvybei. Specializuoti instrumentai HPF ir NEID buvo sukurti tam, kad stumtų matavimo ribas, demonstravo, kaip tikslinė įranga atveria naujas mokslines galimybes ir pagerina aptikimo patikimumą.
Ateities žingsniai: bendruomenės investicijos ir tolesni veiksmai
Tyrėjų komanda pabrėžia poreikį bendruomenės palaikymui naujos kartos observatorijoms ir tolesnėms stebėjimų kampanijoms. GJ 251 c visiško charakterizavimo patvirtinimui reikalingas pastovus didžiųjų teleskopų stebėjimo laikas, taip pat išteklių skyrimas duomenų analizei, modeliavimui ir tarptautinei bendradarbiavimo infrastruktūrai. Tokios pastangos apima tiek lauko instrumentų tobulinimą (pvz., coronagraph, interferometrija), tiek programinės įrangos priemones, skirtas atskirti planetinius signalus nuo žvaigždžių triukšmo.
Komanda tikisi, kad jų rezultatai paskatins platesnį šios sistemos tyrimą artėjant TMT ir panašioms didelio skersmens observatorijoms. Tolimesni žingsniai apima: platesnį RV stebėjimų tinklą su ilgesnėmis stebėjimų eilėmis, tranzitų paiešką naudojant išorinę laikrodinę fotometriją (įskaitant kosminius teleskopus), bei pasiruošimą tiesioginiam vaizdavimui, kuris reikalauja suderintų instrumentų kampanijų ir apdorojimo metodikų.
Eksperto įžvalgos
„Artima super-Žemė gyvybės zonoje yra būtent tas tikslas, kurį turėtume prioritetizuoti,“ sakė dr. Lena Ortiz, astrofizikė, tirianti egzoplanetų atmosferas. „Jei sugebėsime sujungti radialinio greičio duomenis, tranzitų informaciją ir tiesioginį vaizdavimą, turėsime realią galimybę išmatuoti atmosferos dujas ir paviršiaus sąlygas. Tai yra kelias į atsakymą, ar netolimos uolėtos planetos gali palaikyti gyvybę.“
GJ 251 c dabar įsilies į trumpą prieinamų ir potencialiai šiltų egzoplanetų sąrašą, kuriuos bus galima tirti su kitos kartos instrumentais. Tyrėjams ir visuomenei tokia arti esanti planeta kelia tiek mokslines galimybes, tiek naują smalsumo bangą dėl išorinės gyvybės galimybių.
Apibendrinant, GJ 251 c yra reikšmingas kandidatas egzoplanetų studijoms: ji yra pakankamai arti, kad leistų taikyti kelias observacines technikas, o jos preliminarūs parametrai — uolėta sudėtis ir orbitinis periodas gyvybės zonoje — suteikia pagrindą tolesniems, gilesniems tyrimams. Ateities stebėjimai ir instrumentų pažanga bus lemiami nustatant ar ši super-Žemė iš tiesų gali turėti paviršinį ar atmosferinį vandenį, ir ar jos sąlygos kada nors galėtų paremti gyvybę panašia forma, kaip ją pažįstame Žemėje.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą