Credit imagine: John Rowe
Căutarea planetelor similare Pământului începe cu căutarea stelelor asemănătoare Soarelui. Astronomul Maggie Turnbull a fost solicitat să facă o listă scurtă de treizeci de stele candidate care s-au potrivit îndeaproape cu Soarele nostru dintr-o listă totală de 2.350 de stele care se află la o sută de ani lumină de noi. Această listă scurtă, incluzând 37 de Gemuri, va fi folosită de misiunea Planificatorul de căutare a planetei terestre, care va căuta planetele locuibile căutând lumina vizibilă a oxigenului sau a apei de pe o planetă asemănătoare Pământului - un semn sigur de viață.
Cea de-a treizeci și a șaptea stea cea mai vestică din constelație, Gemeni, este o stea galben-portocalie ca soarele nostru. Steaua se numește 37 Geminorum, dar pentru astrofizicista Margaret Turnbull, vedeta este specială, deoarece oferă un studiu de caz pentru a avea în vedere ceea ce s-ar putea califica drept un bun candidat pentru adăpostirea planetelor locuibile.
Pentru a-și construi lista de stele care ar putea susține planetele cu apă lichidă și oxigen, ea trebuie să excludă soarele care sunt extreme: fie prea tineri, fie prea bătrâni, care se rotesc prea repede sau care sunt suficient de variați în luminozitate pentru a provoca haos climatic pe oricare lume din apropiere.
La o distanță de 56,3 ani-lumină distanță, steaua 37 Gem are încă să prezinte semne de poveste de a avea astfel de planete sau de orice planete, dar viitoarele NASA și telescoape europene caută să vizeze stele la fel ca 37 Gem, deoarece ar putea împărtăși unele din aceleași proprietăți care au făcut ca sistemul nostru solar să fie locuibil. Peste 100 de planete extrasolare au fost găsite până în prezent folosind telescoape la sol, iar estimările pentru totalul acestor planete din galaxia noastră pot totaliza în miliarde de lumi candidate.
Lucrând de la Universitatea din Arizona din Tucson, Maggie Turnbull i s-a cerut să facă o listă scurtă de candidați de treizeci de stele care seamănă cel mai mult cu alți soare capabili să susțină condițiile pentru ca viața să înflorească. Începerea căutării sale printre stele la mai puțin de o sută de ani-lumină, a dat aproximativ 2.350 de stele să ia în considerare în continuare.
Turnbull și-a prezentat recent rezultatele unui grup de oameni de știință din cadrul proiectului spațial-telescop al NASA, Terrestrial Planet Finder (TPF), care va căuta planetele locuibile prin utilizarea luminii vizibile cu „semnătura” apei și / sau a oxigenului de pe un Pământ. planeta de tip. După lansarea programată a TPF în jurul anului 2013, va urma proiectul european Darwin care implică șase telescoape spațiale.
Lista stelară a fost redusă dintr-o listă și mai mare (17.129 de stele în 450 de ani-lumină sau 140 de parsec), pe care Turnbull și consilierul Jill Tarter de la Institutul SETI le-a publicat pentru prima dată în Astrophysical Journal. Lista a devenit cunoscută sub numele de Catalogul sistemelor stelare apropiate (sau HabCat). Articolul lor publicat în august, intitulat „Selecția țintei pentru SETI: I. Un catalog de sisteme stelare în apropiere”, a extins listele de candidați anterioare de aproape zece ori, sau o ordine de mărime.
Pentru a susține viața complexă, o stea candidată trebuie să fie culoarea, luminozitatea și vârsta potrivită. Dacă este o stea de vârstă mijlocie ca a noastră, aceasta ar fi ars prin suficiente elemente ușoare de fuziune pentru a produce metale mai grele precum fierul, dar nu atât de vechi încât se prăbușește sau este atât de tânără încât viața este doar o perspectivă de viitor îndepărtat. Pe baza fragmentelor pe care le știm despre cum a apărut viața complexă pe Pământ, căutarea lui Turnbull își propune să găsească „Goldilocks” de stele care pare „corect”.
Deci de ce 37 Gem?
37 Geminorum se află în partea de nord-vest a constelației Gemeni, numită astfel după Gemeni. Pentru astronomii amatori cu un telescop bun în curte, este vizibilă 37 de Gemuri. În mitologia greacă, gemenii Gemeni au navigat cu Iason în căutarea lânii de aur; în timpul unei furtuni, gemenii au ajutat la salvarea navei ARGO de la scufundare și astfel constelația a devenit mult apreciată de marinari.
Majoritatea stelelor precum Gem 37 sunt grupate într-un număr mic de clase spectrale, bazate aproximativ pe culoarea luminii pe care o emit. Numit catalogul Henry Draper, compendiul stelelor listează clase spectrale în șapte categorii largi, de la cele mai tari la cele mai reci stele. Aceste tipuri sunt desemnate, în ordinea scăderii temperaturii, prin literele O, B, A, F, G, K și M. Nomenclatura este înrădăcinată în idei de demult învechite despre evoluția stelară, dar terminologia rămâne. Soarele nostru, clasificat la o scară mai fină ca pitic tipic „G2V”, are o vechime de aproximativ 4,5 miliarde de ani. Vedeta candidată, 37 Gem, este la fel de vârstă mijlocie, dar ceva mai în vârstă cu un miliard de ani, la 5,5 miliarde de ani.
Spectrele stelelor de tip G precum ale noastre (și 37 Gem) sunt dominate de anumite elemente chimice, semnalate de liniile spectrale caracteristice (sau de emisii). Elementele care prezintă cel mai mult interes actual sunt metalele, în special pentru acele semnături stelare bogate în fier, calciu, sodiu, magneziu și titan. În termeni astronomici, în comparație cu clasificarea soarelui nostru ca pitic tipic G2V, 37 Gem are o temperatură ușor mai caldă la suprafață. Astfel, alegerea principală a Turnbull - 37 Gem - este catalogată ca un pitic G0V - ceea ce înseamnă că este, de asemenea, o stea pitică de secvență principală galben-portocaliu. Deoarece stelele G sunt caracterizate prin prezența acestor linii metalice și un spectru slab de hidrogen, acestea au o vârstă comună, masă și luminozitate.
În caz contrar, 37 Gem este aproape de geamul nostru solar, sau o omologă asemănătoare cu Gemenii la Soare: de 1,1 ori masa soarelui nostru, de 1,03 ori diametrul său și de 1,25 ori de luminozitatea sa.
Luminozitățile sunt „poate cele mai importante informații”, a declarat Turnbull pentru revista Astrobiology, „folosim pentru a determina locuința stelelor din apropiere” pentru o viață complexă, deoarece luminozitatea indică în ce fază a vieții se află steaua și asta la rândul său dictează cât timp stea va rămâne stabilă.
Revista Astrobiologie a avut ocazia să discute cu Maggie Turnbull la Steward Observatory din Tucson despre cum să selecteze candidații stelari pentru locuință.
Revista Astrobiologie (AM): Studiul tău recent a început să privească în jur de 100 de ani distanță de Soarele nostru și toate stelele spre interior de raza respectivă, corect? Aceasta a fost sfera vizuală pentru începerea căutării?
Margaret Turnbull (MT): Există aproximativ 2.350 de stele Hipparcos în termen de 30 de parsec (90 de lumină)
ani), distanța maximă pentru misiunea TPF (Terrestrial Planet Finder). Există aproximativ 5.000 de stele în acea distanță, dar ne uităm doar la stele Hipparcos, astfel încât lista mea de pornire este lungă de 2.350 de stele.
A.M: Ați luat vreodată un telescop din curte pentru a vedea 37 de Gemuri?
MT: Cu siguranță, ar trebui să fie vizibil cu un telescop din curte, dar nu, nu l-am privit cu ochii mei! Datorită fotometriei (măsurând luminozitatea acesteia) și spectroscopiei (măsurând compoziția acesteia), m-am uitat, simt că „o cunosc” fără să o fi văzut vreodată.
Cu toate acestea, există mai multe observații de făcut pentru 37 de Gemuri. De exemplu, trebuie să realizăm imagini în infraroșu de înaltă rezoluție ale acestei stele înainte de a putea spune că ar trebui să fie o țintă - dacă descoperim că există o mulțime de resturi care plutesc în jurul valorii de noi, va trebui să o luăm de pe listă.
A.M: Vedeta, 37 de gem, a fost mult diferită de numărul doi de pe lista celor treizeci de cei mai buni candidați?
MT: De fapt, „cele mai bune” stele sunt foarte asemănătoare între ele și, în realitate, nu are sens să încerci să le clasez. 37 Gem se întâmplă să fie una dintre cele mai apropiate stele care îndeplinește și criteriile de inginerie, așa că în acest moment pare un candidat foarte bun pentru căutarea TPF.
A.M: Din curiozitate, ce vedetă a fost oficial numărul doi pe listă?
MT: Când veți privi doar treizeci de stele, toți ar fi mai bine să fie „numărul unu”. Adică, fiecare stea pe care o observăm trebuie să fie de interes primordial pentru misiune, deoarece nu avem timp să pierdem. Suntem încă în procesul de definire precisă a obiectivului principal al misiunii.
Dacă obiectivul este să privim o gamă de tipuri spectrale, atunci stelele de vârf pot include stele K sau M foarte apropiate, dar dacă obiectivul este să privim 30 de cele mai multe stele asemănătoare Soarelui, atunci stele ca 18 Sco (un solar gemeni la 14 parsecs din Constellation Scorpius), beta CVn („hound”) sau 51 Peg („Pegasus”, calul zburător) pot ajunge să fie cele mai bune pariuri ale noastre.
A.M: Există una sau două bucăți de date care lipsesc care ar ajuta clasificarea să se perfecționeze mai bine cu candidații la vedetă?
MT: În acest moment, imaginea cu infraroșu de înaltă rezoluție este informația care lipsește de care avem cu siguranță nevoie. Trebuie să știm dacă aceste stele au discuri cu reziduuri prăfuite care ar face dificilă detectarea planetelor care orbitează acolo.
Soarele are o cantitate substanțială de praf zodiacal, deoarece Jupiter agită constant centura de asteroizi și, pe măsură ce asteroizii se ciocnesc, adaugă praf în Sistemul Solar.
Un nivel similar de praf în jurul altor stele s-ar putea să nu ne strică șansele de a vedea planetele, dar cu siguranță am dori să le reducem la minimum.
A.M: Care sunt planurile dvs. de viitor pentru lista stelară în sprijinul misiunilor Terrestrial Planet Finder și Darwin?
MT: Încă nu mi-am prezentat lista „finală” grupului de lucru științific TPF pe 18 și 19 noiembrie la Observatorul Naval al SUA, în timpul unei întâlniri cu alții care își creează propriile liste.
Mi-am prezentat deja metodologia grupului, dar acum ne vom întâlni cu ingineri care ne vor explica constrângerile instrumentului și va trebui să perfecționăm în continuare lista pentru a se conforma criteriilor acestora.
Criteriile lor vor include lucruri precum: nu pot avea o stea de companie în mai multe secunde de arc, chiar dacă însoțitorul nu este o preocupare pentru stabilitatea planetei, deoarece lumina suplimentară va contamina câmpul vizual; nu pot privi stele mai slab decât aproximativ a 6-a magnitudine; poate privi doar stele la cel puțin ~ 60 de grade distanță de Soare în timpul întregului an etc.
A.M: Ați publicat primul dvs. catalog de stele locuibile în luna august a acestui an și există o parte a doua în această clasificare. Care sunt principalele planuri pentru partea a II-a a HabCat?
MT: Jill Tarter și cu mine am trimis recent o a doua lucrare din lista țintei SETI, care va apărea în Suplimentele Jurnalului Astrofizic din decembrie. Această lucrare oferă o listă de clustere deschise vechi, cu o înaltă metalicitate, cele mai apropiate 100 de stele, indiferent de tipul stelar și aproximativ 250.000 de stele principale de secvență din catalogul Tycho, toate acestea urmând să fie observate de Allen Telescope Array (ATA), ori de câte ori este HabCat stea nu este disponibilă pentru noi.
Fasciculul principal ATA va fi indicat de către astronomii radio și vor realiza hărți cu rezoluție foarte înaltă a propriilor ținte, în timp ce vom observa stele HabCat (sau stele din listele noastre din Hârtia 2) pentru SETI.
A.M: În sfârșit, misiunile, Kepler și TPF, planifică tipurile de îmbunătățiri care ar duce la detectarea mai multor planete de dimensiunea Pământului, nu doar a giganților de gaz, pentru o stea dată în sondajele lor?
MT: Da. Kepler ne va oferi o indicație despre cât de comune sunt planetele terestre, urmărind mii de stele asemănătoare soarelui pentru „tranzitele” - evenimente în care planeta trece de fapt în fața stelei orbitează și blochează temporar puțin lumina luminii stelei.
Căutătorul de planete terestre va urmări acest lucru imaginând planete care orbitează cele mai apropiate stele și ne va spune dacă aceste planete au atmofere luând spectre.
Putem căuta apă, oxigen și dioxid de carbon și, dacă avem noroc, putem vedea chiar și câteva indicații directe ale vieții sub formă de semnătură de vegetație sau dezechilibru atmosferic puternic, cum ar fi prezența simultană a oxigenului și a metanului (datorită la prezența simultană a plantelor și a bacteriilor metanogene pe Pământ).
Ce urmeaza
Orice misiune de detectare și caracterizare spectroscopică a planetelor terestre în jurul altor stele trebuie să fie proiectată astfel încât să poată detecta diverse tipuri de planete terestre cu un rezultat util. Astfel de misiuni sunt acum studiate - Căutătorul Planetei Terestre (TPF), de NASA, și Darwin de ESA, Agenția Spațială Europeană. Scopul principal al TPF / Darwin este de a furniza date biologilor și chimiștilor atmosferici.
Conceptul TPF / Darwin se bazează pe presupunerea că se pot ecraniza planetele extrasolare pentru locuință spectroscopic. Pentru ca o astfel de presupunere să fie valabilă, trebuie să răspundem la următoarele întrebări. Ce face o planetă locuibilă și cum poate fi studiată de la distanță? Care sunt efectele diverse pe care biota le poate exercita asupra spectrelor atmosferelor planetare? La ce falsuri pozitive ne putem aștepta? Care sunt istoriile evolutive ale atmosferelor? Și, mai ales, care sunt indicatorii robusti ai vieții?
TPF / Darwin trebuie să cerceteze stelele din apropiere pentru sistemele planetare care includ planetele de dimensiuni terestre în zonele lor locuibile (planetele „asemănătoare Pământului”). Prin spectroscopie, TPF / Darwin trebuie să stabilească dacă aceste planete au atmosfere și să stabilească dacă sunt locuibile.
Misiunea Kepler este, de asemenea, programată pentru lansarea pe orbita solară în octombrie 2006. Kepler este destinat ca o misiune de a determina frecvența planetelor interioare în apropierea zonei locuibile a unei game largi de stele. Kepler va observa simultan 100.000 de stele în „cartierul nostru galactic”, căutând planete de mărime terestră sau mai mari în „zona locuibilă” din jurul fiecărei stele - zona nu prea fierbinte, nu prea rece, unde ar putea exista apă lichidă o planeta.
Pentru a evidenția dificultatea de a detecta o planetă de dimensiunea Pământului care orbitează pe o stea îndepărtată, investigatorul principal al lui Kepler, William Borucki de la NASA Ames, subliniază că ar fi nevoie de 10.000 de Pământuri pentru a acoperi discul Soarelui. O estimare a NASA spune că Kepler ar trebui să descopere 50 de planete terestre dacă majoritatea celor găsite au dimensiunea Pământului, 185 de planete dacă majoritatea sunt cu 30% mai mari decât Pământul și 640 dacă majoritatea sunt de 2,2 ori mai mari decât Pământul. În plus, Kepler este de așteptat să găsească aproape 900 de planete uriașe aproape de stelele lor și aproximativ 30 de giganți care orbitează la distanțe asemănătoare cu Jupiter față de stelele părinte.
Deoarece majoritatea planetelor gigant gasite până acum orbitează mult mai aproape de stelele lor decât Jupiter face Soarelui, Borucki consideră că în timpul misiunii de patru până la șase ani, Kepler va găsi o proporție mare de planete destul de aproape de stele. Dacă acest lucru se dovedește adevărat, el spune: „Așteptăm să găsim mii de planete.”
Folosind metodele actuale, astăzi astronomii le-ar fi foarte dificil să detecteze o planetă de dimensiuni terestre în jurul stelei 37 Gem. Analizele anterioare au exclus însă unele alegeri. De exemplu, o planetă uriașă cum este propriul nostru Jupiter sau Saturn nu orbitează în jurul a 37 de Gemuri. Aceste studii au sugerat că planetele uriașe de la o zecime până la 10 ori mai mare decât masa de Jupiter nu există aproape de 37 de gemuri (între 0,1 și 4 unități astronomice, sau o distanță pământ-soare, AU, vezi, de asemenea, Cummings et al, 1999) . Din cauza provocărilor de a găsi planete slabe aproape de stele mult mai strălucitoare, aproape toate planetele extrasolare găsite până acum sunt ca Jupiterul nostru - masiv, probabil gazos și este puțin probabil să adăpostească condiții de viață din cauza apropierii lor de o stea părintească. .
Dar condițiile din jurul a 37 de Gemuri ar putea susține planete mai mici, interioare precum Venus sau Pământ. Nimeni nu stie. Doar sondajele viitoare vor avea instrumentele capabile să găsească astfel de planete asemănătoare Pământului.
Totuși, modelele de stele precum 37 Gem, susțin existența posibilă a cel puțin unei orbite stabile pentru o planetă asemănătoare Pământului (cu apă lichidă) centrată în jurul unei distanțe sol-pământ (1,12 UA). O astfel de planetă presupusă ar orbita între distanțele Pământului și Marte în Sistemul nostru solar. Această planetă nedescoperită, dacă poate fi detectată în studiile viitoare, ar avea un an care durează mai mult de 450 de zile sau o perioadă orbitală de aproximativ 1,3 ani Pământ.
Deoarece viața generatoare de oxigen pe Pământ a avut nevoie de aproximativ două miliarde de ani pentru a pune stăpânire, stelele mult mai tinere decât acest lucru nu ar fi avut suficient timp pentru ca viața să evolueze spre orice forme complexe. Având în vedere miliarde de ani necesari pentru evoluția vieții pe Pământ, oamenii de știință ar putea pune la îndoială dacă viața ar fi o șansă într-un sistem solar cu viață mai scurtă. Stelele mai calde și mai masive au fost întotdeauna considerate mai puțin susceptibile de a găzdui viața, dar nu pentru că ar fi prea fierbinți. Planetele s-ar putea bucura în continuare de climă temperată, chiar mai departe decât Pământul este de la Soare, și pe orbite mai departe de propria stea părintească. Prima problemă a locuinței este una a timpului, nu a temperaturii. Stelele fierbinți tind să ardă mai repede - poate prea repede pentru ca viața să se dezvolte acolo.
Sursa originală: Revista Astrobiologie
