Jesteśmy na progu nowej epoki w poszukiwaniu życia poza Ziemią. Gwiazdy podobne do Słońca stanowią zaledwie 15 procent wszystkich gwiazd w Drodze Mlecznej. I prawie połowa z nich ma towarzysze gwiazdy binarne, które tłumione tworzenie planet. Poszukiwanie analogów Ziemi wokół pojedynczych gwiazd typu słonecznego obejmuje zatem prawie nieistotny ułamek wszystkich wyników w przyrodzie.
Poszukiwanie układów planetarnych innych niż nasz Układ Słoneczny
"Jak często życie jest znajdowane gdzie indziej?" zapytały zespoły badawcze z Uniwersytetu w Cambridge i Uniwersytetu w Liège w Belgii. Ta prosta zamiana słów oznacza, że powinniśmy badać również układy planetarne niepodobne do Układu Słonecznego. Byłoby rozczarowujące i zaskakujące, gdyby Ziemia była jedynym szablonem do zamieszkania we Wszechświecie.
To, że planety są tak podobne do Ziemi dobrze wróży poszukiwaniom życia gdzie indziej.
"Niezależnie od tego, co znajdziemy badając planety krążące wokół ultra-chłodnych karłów, nie możemy przegrać. Możemy się tylko uczyć" - powiedzieli badacze. "Jeśli uda nam się stwierdzić obecność życia na planecie podobnej do tych w układzie TRAPPIST-1, wtedy będziemy mogli zacząć mierzyć, jak często biologia pojawia się we wszechświecie. Możemy mieć pierwsze wskazówki dotyczące pozaziemskiej biologii w ciągu dekady!".
W marcu 2017 roku zespół poinformował, że pobliska gwiazda, zwana TRAPPIST-1, jest orbitowana przez siedem planet o rozmiarze i masie podobnej do Ziemi. Gwiazda TRAPPIST-1 jest bardzo chłodnym, czerwonym karłem M, który ledwo może syntetyzować wodór w swoim jądrze; ma 9% masy, 12% promienia i tylko 0,06% jasności naszego żółtego Słońca. Siedem planet krąży wokół TRAPPIST-1 z bardzo krótkimi okresami, od 1,5 do 18,8 dnia. Niemniej jednak, ponieważ TRAPPIST-1 jest tak chłodna i słaba, wszystkie siedem planet krążących wokół TRAPPIST-1 jest umiarkowanych rozmiarów, co oznacza, że w odpowiednich warunkach atmosferycznych i geologicznych mogłyby one utrzymać wodę w stanie ciekłym. Trzy z planet wykazują szczególny potencjał do zamieszkania, otrzymując od swojej gwiazdy mniej więcej tyle energii, ile Ziemia otrzymuje od Słońca.
"To, że planety są tak podobne do Ziemi dobrze wróży poszukiwaniom życia w innych miejscach" - mówi astronom z University of Birmingham Amaury Triaud.
Celując w ultra-chłodne układy karłowate
Gdy zresetujemy cel do pomiaru całkowitej częstotliwości biologii, ultra-chłodne karły stają się oczywistym celem. Połowa gwiazd w Drodze Mlecznej ma masę mniejszą niż jedna czwarta masy Słońca. Wstępne wyniki sugerują, że skaliste światy powszechnie krążą wokół gwiazd o niskiej masie, w tym ultrachłodnych układów karłowatych, prawdopodobnie bardziej niż na orbitach wokół gwiazd podobnych do Słońca. Ultra-chłodne karły otwierają również znacznie łatwiejszą drogę do wykrycia i zbadania umiarkowanych, podobnych do Ziemi planet.
Naukowe zalety ultra-chłodnych karłów wynikają z ich własności gwiezdnych, sposobu identyfikacji egzoplanet oraz tego, jak spodziewamy się zbadać ich atmosfery. Planety TRAPPIST-1 zostały znalezione podczas przejścia przed swoją gwiazdą, wydarzenia znane jako tranzyty. Kiedy planeta przechodzi, rzuca cień, którego głębokość mówi nam, jak duża część powierzchni gwiazdy jest przez nią zakryta; im większa planeta, tym głębszy cień. Ponieważ ultra-chłodne karły są tak małe, tranzyt planety wielkości Ziemi przed TRAPPIST-1 jest około 80 razy bardziej widoczny niż analogiczny tranzyt wobec znacznie większej, podobnej do Słońca gwiazdy.
Podczas tranzytu, wszelkie gazy w atmosferze planety zmieniają wygląd światła gwiazdowego. Wokół ultra-chłodnych karłów sygnatura atmosferyczna jest wzmocniona około 80 razy. Skład atmosfery planet TRAPPIST-1 będzie możliwy do wykrycia za pomocą obecnych i przyszłych urządzeń, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, w przeciwieństwie do dziesięcioleci rozwoju technologicznego potrzebnego do zbadania atmosfery analogu Ziemi.
Wyodrębnienie wiarygodnego sygnału atmosferycznego
Wyodrębnienie wiarygodnego sygnału atmosferycznego wymaga obserwacji dziesiątek tranzytów. Tutaj również układy takie jak TRAPPIST-1 mają ogromną przewagę. Wokół maleńkich ultra-chłodnych karłów tranzyty umiarkowanych planet zdarzają się raz na kilka dni do kilku tygodni, zamiast raz na rok dla planety dokładnie takiej jak Ziemia.
Oznaki biologicznie wytwarzanych gazów
Astronomowie, jak piszą autorzy, zaczęli już badać skład gigantycznych planet wokół innych gwiazd, wykrywając takie cząsteczki jak woda, tlenek węgla, metan i cyjanowodór. Dzięki odkryciu systemu TRAPPIST-1 możemy rozszerzyć te badania na planety wielkości Ziemi. Ich pierwsze działania będą polegały na scharakteryzowaniu zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze oraz ocenie, czy warunki na powierzchni sprzyjają występowaniu ciekłej wody. Następnie będziemy szukać śladów biologicznie wytwarzanych gazów, analogicznych do sposobów, w jakie żywe organizmy przekształciły skład ziemskiej atmosfery.
Ultrachłodne gwiazdy karłowate są tak powszechne, że w galaktyce może być wiele innych podobnych układów blisko nas.
Stwierdzenie odkrycia życia będzie trudne. Nie możemy polegać na wykryciu pojedynczego gazu, ale zamiast tego będziemy musieli wykryć kilka i zmierzyć ich względne obfitości. Ponadto, będziemy musieli być niezwykle ostrożni w przypadku fałszywych pozytywów. Na przykład, powtarzające się rozbłyski gwiazdowe mogą spowodować wzrost zawartości tlenu w atmosferze bez obecności życia.
Usuwanie fałszywych pozytywów
Bogactwo systemu TRAPPIST-1 jest ważnym atutem, ponieważ możemy porównać jego planety ze sobą. Wszystkie siedem planet powstało z tej samej chemii mgławicowej; mają podobną historię otrzymywania rozbłysków i uderzeń meteorytów. Usuwanie fałszywych pozytywów będzie tu znacznie łatwiejsze niż w układach planetarnych zawierających tylko jeden lub dwa umiarkowane, potencjalnie podobne do Ziemi światy.
Co ważniejsze, TRAPPIST-1 nie jest jednorazowym odkryciem. Ultrachłodne gwiazdy karłowate są tak powszechne, że w galaktyce może być wiele innych podobnych układów blisko nas. Obiekt TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescopes), którego użyto do znalezienia planet TRAPPIST-1, był tylko prototypem bardziej ambitnego badania planet o nazwie SPECULOOS (Search for habitable Planets Eclipsing Ultra-Cool Stars).
Spodziewamy się znaleźć wiele innych skalistych planet wielkości Ziemi wokół gwiazd karłowatych - zauważył zespół. Mając tę próbkę w ręku, będą badać wiele klimatów takich światów. Układ Słoneczny zawiera dwa: Wenus i Ziemię. Jak wiele różnych typów środowisk odkryjemy?
Używając SPECULOOS, zespół zacznie odpowiadać na wiele zastrzeżeń naukowców dotyczących możliwości zamieszkania planet wokół ultra-chłodnych karłów. Jednym z argumentów jest to, że takie planety będą zamknięte na powieki, co oznacza, że będą miały stałe strony dnia i nocy. Planety krążące w bliskim sąsiedztwie wokół małych gwiazd mogą wzajemnie wzbudzać swoje orbity, prowadząc do poważnych niestabilności. Ultra-chłodne gwiazdy karłowate często wybuchają, emitując promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie, które może wyparować oceany planety w przestrzeń kosmiczną.
TRAPPIST-1 z pewnością pozostanie ostatecznym celem JWST do badania potencjalnie nadających się do zamieszkania planet wielkości Ziemi, i to zdecydowanie.
Ostatnie słowo - "TRAPPIST-1 jest ostatecznym celem Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba"
W mailu do współautora The Daly Galaxy, astronom Michael Gillon z University of Liège napisał: "TRAPPIST-1 pozostaje jedynym znanym układem planetarnym wokół ultrachłodnej gwiazdy karłowatej (UCDS). TESS znalazł kilka układów skalistych planet wokół bardzo mało masywnych karłów M, ale wciąż nieco zbyt dużych i gorących, by zaliczyć je do kategorii UCDS. Można się było tego spodziewać: Teleskopy TESS są zbyt małe, aby efektywnie badać pobliskie UCDS w poszukiwaniu skalistych planet. Takie badania są celem naszego naziemnego poszukiwania tranzytów SPECULOOS, który działa od 2019 roku. Właśnie przyniosło ono swoje pierwsze odkrycie - układ zawierający co najmniej 2 planety nieco większe od Ziemi wokół UCD nieco masywniejszej i większej od TRAPPIST-1 (Delrez et al, in prep.). Jedna z tych planet leży w strefie mieszkalnej gwiazdy. Ale TRAPPIST-1 jest znacznie bardziej interesujący z punktu widzenia szczegółowej charakterystyki. W rzeczywistości, z powodów opisanych w tej pracy, TRAPPIST-1 z pewnością pozostanie ostatecznym celem JWST do badania potencjalnie nadających się do zamieszkania planet wielkości Ziemi, i to zdecydowanie.
"Jesteśmy oczywiście zachwyceni udanym startem JWST!", kontynuował Gillon w swoim e-mailu. "Rozmieszczenie teleskopu również rozpoczęło się z sukcesem, podczas gdy jest on jeszcze w drodze na swoją ostateczną orbitę. Powinien być w pełni operacyjny w kwietniu lub maju. Około 200hr czasu teleskopu zostało przeznaczone na obserwacje TRAPPIST-1 w pierwszym cyklu JWST (do połowy 2023 roku). Pierwsze dane do analizy powinniśmy mieć w drugiej części 2022 roku. Nie możemy się doczekać ich analizy i wykorzystania do poszukiwania śladów atmosfer wokół siedmiu planet.
"Nadal uważamy za możliwe odkrycie za pomocą JWST chemicznych śladów aktywności biologicznej na niektórych planetach TRAPPIST-1" - podsumowuje Gillon. "Ale krok po kroku. Musimy najpierw ustalić, czy te planety zdołały utrzymać znaczącą atmosferę, czy nie. Powinniśmy się tego dowiedzieć w ciągu pierwszych dwóch lat działania JWST, przed 2024 rokiem. Jeśli takie atmosfery zostaną wykryte, wtedy zrobimy wszystko, aby zintensyfikować obserwacje TRAPPIST-1 za pomocą JWST, określić składy chemiczne tych atmosfer i być może wykryć silną nierównowagę chemiczną pochodzenia biologicznego. Zobaczymy!!! W każdym razie, najbliższe lata będą niezwykle ekscytujące!".
"Skaliste planety tranzytujące ultra chłodne karły są naszą najszybszą drogą do zbadania i zrozumienia obcych klimatów, a także inicjują poszukiwania dowodów aktywności biologicznej poza Układem Słonecznym" - powiedział Amaury Triaud portalowi The Daily Galaxy. "Mogą też stanowić największą populację skalistych planet we Wszechświecie. System TRAPPIST-1 był pierwszym i jak dotąd pozostaje jedynym takim ultra-chłodnym systemem karłowatym dostępnym do badania przez teleskop Webba. Podejrzewa się jednak wiele innych, a nasze sześć teleskopów SPECULOOS ciężko pracuje nad odkryciem nowych tranzytujących ultra-chłodnych układów karłowatych, na które można skierować Webba."
**By Maxwell Moe
**Source
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz