8 Minutės
Astronomai atliko išsamų tūkstančių netolimų K tipo žvaigždžių — vadinamųjų oranžinių nykštukių — inventorių ir identifikavo šimtus subrendusių, santykinai ramių žvaigždžių, kurios yra perspektyvūs taikiniai ieškant gyvybei tinkamų planetų. Šios žvaigždės sudaro pusiausvyrą tarp ilgaamžiškumo ir santykinio stabiliumo: jos gali suteikti aplinkiniams pasauliams ilgas stabilių sąlygų eros, kuriose teoriškai gali išsivystyti sudėtingas gyvybės tipas. Tyrimas papildo egzoplanetų paieškos žemėlapį ir suteikia prioritetines sistemas tolimesniems stebėjimams.
Kodėl oranžiniai nykštukai yra svarbūs: stabilumas, gyvenimo trukmė ir tinkamumas gyvybei
Vertinant, kurios žvaigždės labiausiai tikėtina galėtų turėti gyvybei tinkamas planetas, lemiami veiksniai yra žvaigždės ilgaamžiškumas ir jos aktyvumas. Kai kurios masyvios žvaigždės išdega per vos milijonus metų — pernelyg trumpas laikas, kad galėtų susiformuoti ir išlikti sudėtinga gyvybė tokia, kokią pažįstame Žemėje. Priešingame spektro gale esantys raudonieji nykštukai (M tipo) gali gyvuoti gerokai ilgiau nei dabartinis Visatos amžius, tačiau jų dažni, energingi žybsniai ir stipri ultravioletinė spinduliuotė gali nuplėšti planetų atmosferas arba sterilizuoti paviršius.
K tipo žvaigždės įsitaiso palankioje tarpinėje zonoje. Jos yra kiek vėsesnės ir mažesnės masės už mūsų Saulę (G tipo žvaigždę), tačiau pasižymi ilgu ir palyginti ramiu evoliucijos periodu. Nors saulės tipo G žvaigždės pagrindinėje sekoje išlieka maždaug 10 mlrd. metų, K nykštukai gali šviesti stabiliai dešimtis milijardų metų — apskaičiavimai svyruoja apie 20–70 mlrd. metų. Toks pailgintas laikas kartu su mažesne žybsnių (flare) dažniu, palyginti su daugeliu M tipo raudonųjų nykštukių, paverčia juos patraukliais kandidatais tiriant planetų tinkamumą gyvybei ir atmosferų išlikimą. Be to, ilgesnis stabilus šviesos srautas ir santykinai mažesnė ultravioletinė ir rentgeno spinduliuotė sumažina atmosferų erozijos riziką, didindami galimybes išsaugoti vandens garų ir biologiškai svarbių molekulių koncentracijas.
Pagrindinės sekos žvaigždės svyruoja nuo vėsių, ilgaamžių raudonųjų nykštukių (kairėje) iki karštų, trumpalaikių mėlynųjų milžinų (dešinėje).
Ką atliko naujas tyrimas ir kodėl tai svarbu
Šešių autorių komanda, vadovaujama Sebastián Carrazco-Gaxiola iš Georgia State University, atliko stebimųjų duomenų inventorizaciją daugiau nei 2 000 K tipo žvaigždžių mums artimiausioje aplinkoje ir gavo aukštos skiriamosios gebos spektres šimtų iš jų. Naudodami echelle spektrografus ant dviejų 1,5 metro teleskopų — CHIRON (SMARTS observatorijoje Čilėje) ir TRES (Tillinghast teleskopas Arizonoje) — tyrėjai išmatuoti žvaigždžių amžius, sukimosi greičius, paviršiaus temperatūras, cheminių elementų kiekį (metalumą) ir galaktines koordinates. Šios savybės kartu padeda nustatyti, ar žvaigždė gali suteikti stabilų ir ilgaamžišką aplinkos langą planetoms, kuriame būtų įmanoma išlaikyti tankias atmosferas bei palankias paviršiaus sąlygas.
Rezultatai pristatyti American Astronomical Society (AAS) susitikime ir aprašyti straipsnyje pateiktame The Astronomical Journal. Tyrimas išskiria 529 subrendusius, mažiausiai aktyvius K tipo nykštukus maždaug per 33 parsekus (apie 108 šviesmečius) kaip prioritetines sistemas sausosios ir uolinės planetos paieškai. Remiantis NASA Exoplanet Archive duomenimis, iš šių artimiausių K žvaigždžių tik nedidelė dalis — maždaug 7,5 % arba 44 — iki šiol turėjo patvirtintų egzoplanetų įrašus. Šis skirtumas labiau atspindi stebėjimų šališkumą nei tikrą trūkumą: ankstesnius tyrimus daugiausia lėmė ryškesnės saulės tipo žvaigždės ir palankesnis planetos–žvaigždės masės santykis M tipo nykštukams, todėl būtent jos dažniau buvo tiriamos.
Grafikas rodo nykštukinių žvaigždžių tipus per 10 parsekų aplink Saulę. K tipo žvaigždės yra antra pagal paplitimą grupė, tačiau egzoplanetų tyrimuose jos yra nepakankamai atstovaujamos.
Tyrimo metodai ir ką atskleidžia spektrai
Aukštos skiriamosios gebos echelle spektroskopija yra galingas instrumentas žvaigždžių charakterizavimui. Išskiriant tūkstančius spektrinių linijų, astronomai gali nustatyti paviršiaus temperatūras, elementų santykius ir sukimosi greičius. Kadangi žvaigždžių sukimasis lėtėja senstant — tai leidžia naudoti sukimosi greitį kaip savotišką „laikrodį“ žvaigždės brandai nustatyti (gyrochronology metodai) — spektrų diagnostika padeda atsijoti jaunus, aktyvius K nykštukus (kurie dažnai vykdo daugiau magnetinių žybsnių ir aukštos energijos radiacijos) nuo senesnių, ramesnių žvaigždžių, labiau palankių planetų atmosferoms.
Viso dangaus aprėptis buvo esminė. Turėdami papildomas instrumentų galimybes abiejuose pusrutuliuose, tyrėjai galėjo stebėti K nykštukus per visą dangų sferą, taip sumažindami atrankos šališkumus, susijusius su konkrečios observatorijos lokacija. Taip pat svarbu identifikuoti žvaigždes plonosios Paukščių Tako skerspjūvio zonoje (thin disk), kur metalumas dažnai yra didesnis ir aplinka gali būti palankesnė planetų formavimuisi. Metalumo (geležies ir kitų sunkiųjų elementų santykio) matavimai leidžia geriau įvertinti uolėtų planetų tikimybę bei diskų cheminę sudėtį, iš kurios formuojasi planetos.
Pasekmės egzoplanetų paieškai ir būsimoms misijoms
Tyrimo katalogai veikia kaip filtras: jie leidžia planetų ieškotojams kryptingai skirti brangų teleskopų laiką ir instrumentaciją perspektyviausioms sistemoms. Instrumentai, kurie ieško mažų, Žemės dydžio planetų radialinės greičio (radial velocity) arba tranzito metodu, ypač pelnosi, kai žvaigždžių fono triukšmas yra mažas ir žinomi stelarinių parametrų neapibrėžtumai — tokiu atveju radialinės greičio amplitudės arba tranzitų signalo aptikimas ir patvirtinimas tampa įmanomesnis. Be to, būsimos tiesioginio vaizdavimo misijos bei naujos kartos kosminiai teleskopai reikalaus sąrašo kruopščiai patikrintų tikslinių objektų, kad brangūs stebėjimo resursai būtų nukreipti į sistemas, kuriose labiausiai tikėtina aptikti biosignatūras ar atmosferų požymius, tokius kaip vandens garai, deguonis ar metanas.
Todd Henry, vienas iš vyresniųjų tyrimo autorių ir profesorius Georgia State University, pažymėjo, kad šis duomenų bazės rinkinys taps pagrindu dešimtims metų truksiančiam tolimesniam stebėjimų ciklui ir, ilguoju laikotarpiu, gali nurodyti prioritetines kryptis tarpžvaigždinėms zondų misijoms, kai tokios technologijos taps realiai įgyvendinamos. Duomenų katalogas taip pat padeda planuoti multi-instrumentinius požiūrius — nuo tranzitinių tyrimų erdvėje iki žemės paviršiaus didelės klasės teleskopų (pvz., Extremely Large Telescope, ELT) spektroskopinių charakterizacijų.
Galimi apribojimai ir neišspręsti klausimai
Nors K nykštukai yra perspektyvūs, ne kiekvienas oranžinis nykštukas turės gyvybei tinkamą planetą. Planetos formavimasis priklauso nuo vietinių protoplanetinio disko cheminių sąlygų, migracijos istorijos, dinamikos ir elementarios atsitikties. Metalumo matavimai patikslina uolėtų planetų tikimybės prognozes, tačiau tik tiesioginis planetos aptikimas (per tranzitą, radialinį greitį ar tiesioginį vaizdavimą) gali patvirtinti konkrečios sistemos potencialą užtikrinti tinkamas sąlygas. Be to, net ir rami žvaigždė gali laikui bėgant išreikšti periodines magnetines ciklines variacijas arba pavienius stipresnius žybsnius, kurie per ilgą geologinį laikotarpį gali paveikti atmosferų cheminę evoliuciją ir fotochemines pusiausvyros sąlygas; todėl nuolatinis stebėjimas ir monitoravimas yra būtini.
Kitas iššūkis — instrumentų jautrumas ir selekcijos metodų ribotumai. Radialinės greičio kampanijos reikalauja stabilumo ir centimetro ar metrų per sekundę lygio tikslumo, kad būtų aptikta Žemės masės planetos aplink K tipo žvaigždę. Transitų metodas dažnai priklauso nuo palankaus geometrijos kampo (tranzito tikimybė mažėja su didėjančiu orbitos spinduliu), o tiesioginis vaizdavimas susiduria su žvaigždės šviesos slopinimo ir didelio kontrasto problema. Tokie techniniai apribojimai reiškia, kad net perspektyvios sistemos gali likti neatrastos, kol instrumentai ir stebėjimo strategijos nepasieks reikiamo jautrumo.
Eksperto įžvalga
„K tipo žvaigždės suteikia ilgam, santykinai stabiliam laboratoriniam laukui atmosferų ir klimato evoliucijos tyrimams kitose planetose,“ sako dr. Maya Richardson, egzoplanetų tyrėja iš Institute for Planetary Sciences. „Kadangi šios žvaigždės labai lėtai keičiasi per milijardus metų ir yra mažiau linkusios į stiprias erupcijas nei daug raudonųjų nykštukių, planetoms ten padidėja šansai išlaikyti atmosferas ir vystytis sudėtingai chemijai. Tai negarantuoja gyvybės atsiradimo, bet ženkliai padidina tikimybę ir daro K tipo žvaigždes efektyviu paieškos taikiniu.“
Richardson pabrėžia, kad aukštos skiriamosios gebos spektroskopijos derinimas su kosminiais tranzitų tyrimais ir precizinio radialinio greičio instrumentais bus raktas paverčiant šio tyrimo kandidatų sąrašą į patvirtintų ir charakterizuotinų pasaulių sąrašą. Toks integruotas požiūris leis ne tik aptikti planetas, bet ir išmatuoti jų mases, spindulius bei gesinimus atmosferoje, kas yra būtina norint vertinti habitabilumo potencialą ar paiešką biosignatūrų.
Ko laukti toliau
- Tolimesni radialinio greičio ir tranzitų stebėjimai, skirti atrasti Žemės dydžio planetas aplink identifikuotus K tipo nykštukus ir nustatyti jų orbitalines savybes bei mases.
- Ilgalaikis žvaigždžių aktyvumo stebėjimas, įskaitant magnetinių ciklų ir galimų sporadinių žybsnių monitoringą, kad būtų galima tiksliau nustatyti, kurios žvaigždės išlieka išties ramiomis per biologiškai reikšmingus laiko tarpelius.
- Aukšto kontrasto vaizdavimas ir detalioji spektroskopija naudojant būsimas didelio skirtumo priemones bei teleskopus (tiek kosminius, tiek žemės), siekiant tirti atmosferas dėl vandens garų, deguonies, metano ir kitų potencialių biosignatūrų.
Susiaurinus tūkstančius netolimų žvaigždžių iki kelių šimtų aukšto prioriteto taikinių, tyrimas padeda sutelkti pastangas ir resursus paieškai gyvybės mūsų kosminėje aplinkoje. Oranžiniai nykštukai galbūt nėra tokie įspūdingi kaip masyvūs mėlynieji milžinai arba tokie gausūs kaip blankūs raudonieji, tačiau jų santykinis ramumas ir ilgaamžiškumas gali paversti juos geriausiu pasirinkimu ieškant pasaulių, kuriuose gyvybė turėjo pakankamai laiko ir stabilumo išsivystyti. Tolimesnės kampanijos, derinančios spektrų charakterizaciją, tranzitinius stebėjimus ir tiesioginį vaizdavimą, leis geriau įvertinti šių sistemų potencialą ir galbūt net atrasti pirmuosius tikrai gyvybei tinkamus svetimus pasaulius.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą