Ίσως δεν υπάρχει τρόπος να πούμε αν κατοικήσιμοι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον Κενταύριο… Ακόμα!
Ο πλησιέστερος αστρικός γείτονάς μας είναι ο Proxima Centauri, ένα αστέρι τύπου Μ (κόκκινος νάνος) που βρίσκεται σε απόσταση 4,24 ετών φωτός μακριά (μέρος του τριαδικού συστήματος Άλφα του Κενταύρου). Το 2016, η αστρονομική κοινότητα έμεινε έκπληκτη όταν έμαθε ότι ένα Πλανήτης που μοιάζει με τη Γη σε τροχιά μέσα στον περίβολο αυτού του άστρου κατοικήσιμη ζώνη (ΗΖ). Εκτός από το ότι ήταν ο πλησιέστερος εξωπλανήτης στη Γη, ο Proxima b θεωρήθηκε επίσης το πιο πολλά υποσχόμενο μέρος για αναζήτηση εξωγήινης ζωής για κάποιο χρονικό διάστημα.
Δυστυχώς, η επιστημονική κοινότητα έχει διχαστεί σχετικά με το αν η ζωή θα μπορούσε να είναι δυνατή ή όχι σε αυτόν τον πλανήτη. Όλες αυτές οι μελέτες δείχνουν ότι αυτή η ερώτηση δεν μπορεί να απαντηθεί έως ότου οι αστρονόμοι χαρακτηρίσουν την ατμόσφαιρα του Proxima b, ιδανικά παρατηρώντας την καθώς περνά μπροστά (γνωστός και ως διέλευση) από το άστρο υποδοχής του. Αλλά σε ένα νέο Μελέτη που υποστηρίζεται από τη NASA , μια ομάδα με επικεφαλής αστροφυσικούς στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο διαπίστωσε ότι αυτό είναι μια απίθανη πιθανότητα.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους, η οποία θα εμφανιστεί σύντομα στο Σύνορα στην Αστρονομία και τις Διαστημικές Επιστήμες , οδηγήθηκε από Έμιλυ Α. Γκίλμπερτ , Μεταπτυχιακός Φοιτητής στο Τμήμα Αστρονομίας και Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου του Σικάγο. Μαζί της συμμετείχαν ερευνητές από Το Πλανητάριο Adler , ο Κέντρο Διαστημικής Επιστήμης και Τεχνολογίας (Πανεπιστήμιο του Maryland), και το Εργαστήριο Εξωπλανητών και Αστρικής Αστροφυσικής στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA.
Ο TOI 1338 b είναι ένας περιφερειακός πλανήτης που περιστρέφεται γύρω από τα δύο αστέρια του. Ανακαλύφθηκε από την TESS. Πίστωση: Κέντρο διαστημικών πτήσεων Goddard της NASA/Chris Smith
Οι υπεύθυνοι για την ανακάλυψη ήταν ο Guillem Anglada-Escudé και μια ομάδα αστρονόμων από την Ωχροκόκκινη κουκκίδα καμπάνια. Χρησιμοποιώντας το Αναζητητής πλανητών ακτινικής ταχύτητας υψηλής ακρίβειας (HARPS) φασματογράφος στο ESO τηλεσκόπιο 3,6 μέτρων στο Παρατηρητήριο La Silla του ESO, η ομάδα επιβεβαίωσε την παρουσία του Proxima b χρησιμοποιώντας μια μέθοδο γνωστή ως Φασματοσκοπία Doppler (γνωστή και ως το Μέθοδος Radial Velocity ).
Αυτή η μέθοδος συνίσταται στην παρατήρηση των φασμάτων των αστεριών για σημάδια «ταλάντωσης», όπου το αστέρι κινείται όλο και πιο μακριά από τη Γη. Αυτό προκαλείται από τη βαρυτική επιρροή των πλανητών που περιφέρονται γύρω από το αστέρι, η έκταση της οποίας χρησιμοποιείται για να συναχθεί η μάζα των πλανητών. Στην περίπτωση του Proxima b, οι αστρονόμοι έλαβαν μια ελάχιστη εκτίμηση μάζας 1,24 και μια μέγιστη εκτίμηση 2,06 μάζες της Γης.
Η παρουσία του επιβεβαιώθηκε ξανά το 2020 με τη χρήση του ESO Πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο (VLT) και του Φασματογράφος Echelle για Βραχώδεις Εξωπλανήτες και Σταθερές Φασματοσκοπικές Παρατηρήσεις Όργανο (ESPRESSO) – οι διάδοχοι του φασματογράφου HARPS. Ενώ οι περισσότεροι εξωπλανήτες μέχρι σήμερα έχουν εντοπιστεί χρησιμοποιώντας το Μέθοδος διέλευσης (γνωστός και ως Φωτομετρία διέλευσης), αυτό κρίθηκε μη πρακτικό για ένα αστέρι όπως ο Εγγύς Κενταύρου, το οποίο είναι ένα αστέρι χαμηλής μάζας και λιγότερο φωτεινό τύπου Μ (κόκκινος νάνος).
Όμως, όπως αναφέρουν στη μελέτη τους η Gilbert και οι συνεργάτες της, αυτό δεν εμπόδισε πολλές αστρονομικές ερευνητικές ομάδες να προσπαθήσουν να ανιχνεύσουν πλανήτες που διέρχονται μπροστά από τον Εγγύς Κενταύρου. Για παράδειγμα. Ο καθηγητής Kipping και οι συνάδελφοί του από το Εργαστήριο Cool Worlds στο Πανεπιστήμιο Columbia παρατήρησε τον Proxima Centauri για 43,5 ημέρες μεταξύ 2014-15 χρησιμοποιώντας την Καναδική Διαστημική Υπηρεσία Μικρομεταβλητότητα και Ταλάντωση Αστέρων (ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ) δορυφόρος.
Η απόδοση ενός καλλιτέχνη του Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Πίστωση: Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA
Το 2016, δύο ερευνητικές ομάδες παρατήρησαν ανεξάρτητα το Proxima Centauri για σημάδια διέλευσης χρησιμοποιώντας το Παρατηρητήριο Las Campanas στη Χιλή και το Τηλεσκόπιο έρευνας Bright Star στο σταθμό Zhongshan στην Ανταρκτική. Και οι δύο έρευνες βρήκαν στοιχεία για πιθανές διελεύσεις, αλλά δεν μπόρεσαν να τις επιβεβαιώσουν. Το 2018-19, μια διεθνής ομάδα δημοσίευσε μια μελέτη δύο μερών σχετικά με εκατοντάδες παρατηρήσεις που έγιναν μεταξύ 2006 και 2017 από παρατηρητήρια σε όλη τη Γη. Και στα δύο τα πρωτότυπο και το μελέτη παρακολούθησης , οι συγγραφείς ανέφεραν ότι δεν παρατηρήθηκαν διελεύσεις.
Για χάρη της μελέτης τους, η Gilbert και η ομάδα της βασίστηκαν σε δεδομένα που συλλέχθηκαν από την Διερχόμενος δορυφόρος έρευνας εξωπλανητών (TESS), ο διάδοχος του Διαστημικό Τηλεσκόπιο Κέπλερ . Χρησιμοποιώντας ένα νέο σύνολο αλγορίθμων, η ομάδα εξέτασε δύο εκστρατείες παρατήρησης TESS από Proxima Centauri – από τις 23 Απριλίου έως τις 18 Ιουνίου 2019 και από τις 29 Απριλίου έως τις 26 Μαΐου 2021 – για σημάδια διέλευσης του Proxima b.
Περιέλαβαν επίσης έναν αλγόριθμο που μοντελοποίησε την αστρική δραστηριότητα του Proxima Centauri, η οποία εκπέμπει εκλάμψεις λευκού φωτός 2 έως 3 φορές την ημέρα ή περισσότερες (μερικές από τις οποίες είναι πολύ δυνατός ). Μάλιστα, σε ένα Μελέτη 2016 Συν-συγγραφέας του Ντέιβιντ Κίπινγκ, προτάθηκε ότι οι εκλάμψεις θα μπορούσαν να κυριαρχούν τόσο στον Εγγύς Κενταύρου που οι παρατηρήσεις σε χρονοσειρά της καμπύλης φωτός του θα μπορούσαν να θεωρηθούν κυρίως ως υπέρθεση πολλών εκλάμψεων. Όπως αναφέρουν η Gilbert και οι συνεργάτες της στη μελέτη τους, αυτό έκανε πάντα πολύ δύσκολη την αναζήτηση σημάτων πλανητικών διελεύσεων με τον Proxima Centauri:
«Αυτό το επίπεδο δραστηριότητας μπορεί να περιπλέξει την αναζήτηση για διερχόμενους εξωπλανήτες λόγω του πρόσθετου θορύβου στα δεδομένα. Μια τυπική μέθοδος αντιμετώπισης μεγάλων εκλάμψεων είναι ο εντοπισμός τους και η αφαίρεσή τους είτε με τη χρήση αλγορίθμων ανίχνευσης εκλάμψεων είτε με απλή αποκοπή σίγμα.
«Εδώ ακολουθούμε μια διαφορετική προσέγγιση, προσδιορίζουμε τις φωτοβολίδες χρησιμοποιώντας έναν προσαρμοσμένο αλγόριθμο, μοντελοποιούμε τις φωτοβολίδες χρησιμοποιώντας ένα πρότυπο, αφαιρούμε αυτές τις φωτοβολίδες από τα δεδομένα και, στη συνέχεια, εκτελούμε την αναζήτηση διαμετακόμισης. Στη συνέχεια εγχέουμε διελεύσεις στην καμπύλη φωτός για να δοκιμάσουμε την ευαισθησία μας στους διερχόμενους πλανήτες».
Οι αστρικές εκλάμψεις θα μπορούσαν να απειλήσουν τη ζωή σε πλανήτες κόκκινους νάνους. Πίστωση: NASA/ESA/D. Παίκτης (STScI)
Θα μπορούσε να ρωτήσει κανείς, γιατί οι αστρονόμοι επιμένουν να αναζητούν διελεύσεις; Η απάντηση είναι απλή: εάν το Proxima b περνούσε μπροστά από τον ήλιο του, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να λάβουν φασματοσκοπία μετάδοσης από το φως που διέρχεται από την ατμόσφαιρά του. Αυτό θα τους επέτρεπε να διακρίνουν την παρουσία χημικών υπογραφών και να περιορίσουν την ατμοσφαιρική σύνθεση του πλανήτη, συμπεριλαμβανομένων πιθανών βιοδεικτών.
Η ομάδα χρησιμοποίησε δύο διαφορετικούς αλγόριθμους αναζήτησης πλανητών για να ανιχνεύσει σήματα πλανητικής διέλευσης στα δεδομένα TESS ως επόμενο βήμα. Πρώτα, χρησιμοποίησαν το Ελάχιστα τετράγωνα διέλευσης (TLS) που αναπτύχθηκε από τους Michael Hippke και René Heller (Sonneberg Observatory και Max Planck Institute for Solar System Research, αντίστοιχα). Δεύτερον, χρησιμοποίησαν το Ημιπεριοδική αυτοματοποιημένη αναζήτηση συγκοινωνιών (QATS) από τον συνεργάτη του Hubble, Joshua A. Carter και Eric Agol – του Κέντρου Αστροφυσικής του Χάρβαρντ Smithsonian (CfA) και του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον.
Ωστόσο, η Gilbert και η ομάδα της δεν βρήκαν ακόμη στοιχεία για διελεύσεις στα δεδομένα. Βεβαίως, έγχυσαν συνθετικά σήματα διερχόμενων πλανητών στα δεδομένα TESS για να καθορίσουν ποιες συνθήκες θα μπορούσε να ανιχνευθεί ένας διερχόμενος πλανήτης. Από αυτό, προσδιόρισαν ότι οι εξωπλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά με το HZ του Proxima Centauri θα έπρεπε να έχουν μικρότερες από 0,4 έως 0,5 ακτίνες της Γης (παρόμοιες με τον Άρη) για να είναι ανιχνεύσιμοι. Αυτό αποκλείει το Proxima b, το οποίο μετρά μεταξύ 0,68 και 2,5 γήινες ακτίνες.
Αυτά είναι απογοητευτικά νέα για τους ερευνητές εξωπλανητών, καθώς επιβεβαιώνουν ότι ο μόνος τρόπος με τον οποίο μπορούμε να χαρακτηρίσουμε το Proxima b είναι να στείλουμε μια πραγματική αποστολή εκεί. Από αυτή την άποψη, έργα όπως Ανακάλυψη Starshot και άλλες έννοιες «ελαφρού πανιού» θα πρέπει να συμβούν προτού οι επιστήμονες μπορέσουν να προσδιορίσουν εάν ο πλησιέστερος γείτονάς μας εξωπλανήτης είναι κατάλληλος για ζωή. Ωστόσο, μπορεί επίσης να είναι δυνατή η απευθείας απεικόνιση του Proxima b στο εγγύς μέλλον χρησιμοποιώντας τηλεσκόπια επόμενης γενιάς.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για μια ταυτόχρονη διέλευση τριών πλανητών μπροστά από το Kepler-11, όπως παρατηρήθηκε από το διαστημόπλοιο Kepler της NASA στις 26 Αυγούστουου, 2010. Credit: NASA/Tim Pyle
Αυτό περιλαμβάνει το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb , που έχει προγραμματιστεί να κυκλοφορήσει στις 18 Δεκεμβρίου, και το Ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace , που θα ακολουθήσει το 2027. Επίγεια παρατηρητήρια όπως το ESO’s Εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο (ELT) και το Carnegie Institute of Science’s Γιγαντιαίο τηλεσκόπιο Μαγγελάνου (GMT) θα είναι επίσης σε θέση να διεξάγει μελέτες άμεσης απεικόνισης χρησιμοποιώντας τα μεγάλα κάτοπτρα, τους φασματογράφους, τους στεφανογράφους και την προσαρμοστική οπτική τους.
Αυτά και άλλα παρατηρητήρια θα επωφεληθούν επίσης από τις τεχνικές μηχανικής μάθησης επόμενης γενιάς (όπως αυτή που αναπτύχθηκε από την Gilbert και τους συναδέλφους της). Ο υπολογισμός του επιπέδου της αστρικής δραστηριότητας θα επιτρέψει στους αστρονόμους να πειράζουν τις υπογραφές των εξωπλανητών από όλο τον θόρυβο του περιβάλλοντος με μεγαλύτερη ακρίβεια. Όπως καταλήγουν στη μελέτη τους:
«Με τη συνεχιζόμενη αποστολή TESS καθώς και με προγραμματισμένες αποστολές όπως Πλάκα παρέχοντας μακριές βασικές παρατηρήσεις υψηλής ακρίβειας, αυτή η τεχνική μπορεί να είναι εξαιρετικά πολύτιμη για την ανίχνευση μικρών πλανητών που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από ενεργά αστέρια-ξενιστές. Υπάρχουν πολλά ενεργά άστρα μικρής μάζας κοντά και οι μέθοδοι που παρουσιάσαμε εδώ θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά την ευαισθησία μας σε μικρούς πλανήτες που διέρχονται από αυτά τα αστέρια».
Με αυτά τα εργαλεία, όργανα και παρατηρητήρια στη διάθεσή τους, οι αστρονόμοι αναμένουν να επεκτείνουν σημαντικά τον κατάλογο των εξωπλανητών ( 4.569 επιβεβαιωμένα και μετράμε!) τα επόμενα χρόνια, καθώς και να επιταχύνει τη μετάβαση στον χαρακτηρισμό εξωπλανητών. Σε εκείνο το σημείο, μερικές από τις πιο πιεστικές ερωτήσεις (όπως «είμαστε μόνοι μας στο Σύμπαν;») θα απαντηθούν επιτέλους.
Περαιτέρω ανάγνωση: arXiv