Artystyczna ilustracja przedstawiająca planetę w ekosferze gwiazdy. Planety w zamieszkałych strefach swoich gwiazd prawdopodobnie mają na powierzchni wodę w stanie ciekłym. Źródło: Cal Poly Pomona/B. Segregator, redagowany
Astronomowie wykorzystują Chandrę i XMM-Newton do oceny, czy pobliskie gwiazdy emitują promieniowanie na poziomie porównywalnym z egzoplanetami nadającymi się do zamieszkania.
Badania te mają na celu pomóc w ustaleniu priorytetów gwiazd pod kątem szczegółowego obrazowania za pomocą przyszłych teleskopów, koncentrując się na tych, których poziom promieniowania może utrzymywać atmosferę planetarną sprzyjającą życiu.
Badanie możliwości zamieszkania na egzoplanetach za pomocą zaawansowanych teleskopów
Za pomocą NASAObserwatorium Rentgenowskie Chandra i ESA (Europejska Agencja Kosmiczna’s) XMM-Newton, astronomowie badają, czy w pobliskich gwiazdach mogą znajdować się egzoplanety nadające się do zamieszkania, w oparciu o to, czy emitują promieniowanie, które może zniszczyć potencjalne warunki życia, jakie znamy. Tego typu badania pomogą w prowadzeniu obserwacji za pomocą teleskopów nowej generacji, których celem będzie wykonanie pierwszych zdjęć planet takich jak Ziemia.
Zespół naukowców zbadał gwiazdy znajdujące się na tyle blisko Ziemi, że przyszłe teleskopy będą mogły wykonywać zdjęcia planet w ich tak zwanych strefach zamieszkiwalnych, zdefiniowanych jako orbity, na których powierzchni planet może znajdować się woda w stanie ciekłym.
Analiza potencjalnej możliwości zamieszkania poprzez promieniowanie gwiazdowe
Wszelkie obrazy planet będą pojedynczymi punktami świetlnymi i nie będą bezpośrednio pokazywać cech powierzchni, takich jak chmury, kontynenty i oceany. Jednak ich widma – ilość światła o różnych długościach fal – ujawnią informacje na temat składu powierzchni planety i atmosfery.
Istnieje kilka czynników wpływających na to, co może sprawić, że planeta będzie odpowiednia do życia, jakie znamy. Jednym z tych czynników jest ilość szkodliwego promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego, jakie otrzymuje od gwiazdy macierzystej, które może uszkodzić lub nawet pozbawić atmosferę planety.
Trójwymiarowa mapa gwiazd w pobliżu Słońca, które znajdują się wystarczająco blisko Ziemi, aby planety w ich strefach zamieszkiwalnych można było bezpośrednio fotografować za pomocą przyszłych teleskopów. Planety w zamieszkałych strefach swoich gwiazd prawdopodobnie mają na powierzchni wodę w stanie ciekłym. Badanie niektórych z tych gwiazd (pokazanych w niebieskich halo) przeprowadzone przez Chandrę i XMM-Newton wskazuje te, które najprawdopodobniej mają wokół siebie egzoplanety nadające się do zamieszkania, w oparciu o drugi warunek – czy otrzymają śmiertelne promieniowanie od gwiazd, które krążą. Źródło: Cal Poly Pomona/B. Spoiwo; NASA/CXC/M.Weiss
Metodologia badań i obserwacje gwiazd
„Bez scharakteryzowania promieni rentgenowskich swojej gwiazdy macierzystej brakowałoby nam kluczowego elementu decydującego o tym, czy planeta rzeczywiście nadaje się do zamieszkania, czy nie” – powiedziała Breanna Binder z California State Polytechnic University w Pomona, która kierowała badaniami. „Musimy sprawdzić, jakie dawki promieniowania rentgenowskiego otrzymują te planety”.
Binder i jej współpracownicy zaczęli od listy gwiazd znajdujących się na tyle blisko Ziemi, że przyszłe teleskopy naziemne i kosmiczne będą mogły wykonywać zdjęcia planet w ich strefie zamieszkiwalnej. Te przyszłe teleskopy obejmują Obserwatorium Światów Habitable i niezwykle duże teleskopy naziemne.
Ustalenia i implikacje dla przyszłych odkryć egzoplanet
W oparciu o obserwacje rentgenowskie niektórych z tych gwiazd z wykorzystaniem danych z Chandry i XMM-Newton, zespół Bindera zbadał, które gwiazdy mogą zawierać planety charakteryzujące się sprzyjającymi warunkami do powstawania i rozwoju życia.
Zespół badał, jak jasne są gwiazdy w promieniowaniu rentgenowskim, jak energiczne są promienie rentgenowskie oraz jak bardzo i jak szybko zmieniają się one w promieniowaniu rentgenowskim, na przykład z powodu rozbłysków. Jaśniejsze i bardziej energetyczne promienie rentgenowskie mogą powodować większe zniszczenia w atmosferach krążących wokół planet.
Optymalizacja wyboru celu dla teleskopów nowej generacji
„Zidentyfikowaliśmy gwiazdy, w których środowisko promieniowania rentgenowskiego strefy nadającej się do zamieszkania jest podobne lub nawet łagodniejsze od tego, w którym ewoluowała Ziemia” – powiedziała Sarah Peacock, współautorka badania z Uniwersytetu Maryland w hrabstwie Baltimore. „Takie warunki mogą odgrywać kluczową rolę w utrzymaniu bogatej atmosfery, takiej jak ta, którą można znaleźć na Ziemi”.
Naukowcy wykorzystali dane dostępne w archiwach z prawie 10 dni obserwacji Chandry i około 26 dni obserwacji XMM, aby zbadać zachowanie w promieniowaniu rentgenowskim 57 pobliskich gwiazd, z których niektóre miały znane planety. Większość z nich to planety-olbrzymy, np Jowisz, SaturnLub Neptunpodczas gdy tylko kilka planet lub kandydatów na planety mogłoby mieć masę mniejszą niż około dwukrotnie większą od Ziemi.
Prawdopodobnie w próbce znajduje się znacznie więcej planet krążących wokół gwiazd, zwłaszcza tych o wielkości podobnej do Ziemi, które jak dotąd pozostają niewykryte. Badania tranzytowe, które z naszej perspektywy szukają niewielkich spadków światła, gdy planety przechodzą przed swoimi gwiazdami, pomijają wiele planet, ponieważ do ich dostrzeżenia wymagana jest specjalna geometria. Oznacza to, że szanse na wykrycie tranzytujących planet w małej próbce gwiazd są niskie; tylko jeden egzoplaneta w próbie został pobrany przez tranzyty.
Inną główną techniką wykrywania planet jest wykrywanie drgań gwiazdy wywołanych przez krążące wokół nich planety, a technika ta jest głównie czuła na znajdowanie planet olbrzymów stosunkowo blisko swoich gwiazd macierzystych.
„Nie wiemy, ile planet podobnych do Ziemi zostanie odkrytych na zdjęciach wykonanych przez teleskopy nowej generacji, ale wiemy, że czas obserwacji na nich będzie cenny i niezwykle trudny do uzyskania” – powiedział współautor Edward Schwieterman z na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside. „Te dane rentgenowskie pomagają udoskonalić listę celów i nadać jej priorytety, a także mogą umożliwić szybsze uzyskanie pierwszego obrazu planety podobnej do Ziemi”.
Wyniki te zaprezentowano podczas 244. spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Madison w stanie Wisconsin.
Centrum Lotów Kosmicznych im. Marshalla zarządza programem Chandra. Centrum rentgenowskie Chandra w Obserwatorium Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje badania naukowe z Cambridge w stanie Massachusetts i operacje lotnicze z Burlington w stanie Massachusetts.
