Нове дослідження дало змогу отримати найточнішу оцінку того, як часто трапляються схожі на Землю розмірами та відстанню від своєї материнської зорі екзопланети, що обертаються навколо сонячноподібних зір. Знання швидкості виникнення цих потенційно населених планет буде важливим для проектування майбутніх астрономічних місій для вивчення сусідніх планет земного типу навколо зір, схожих на Сонце. Статтю, що описує модель, оприлюднив 14 серпня 2019 року The Astronomical Journal.
Космічний телескоп NASA «Кеплер» (Kepler), який був запущений у 2009 р. і припинив роботу в 2018 році, коли він вичерпав запаси палива, спостерігав сотні тисяч зір та виявив кілька тисяч планети поза Сонячною системою, тобто екзопланети, шляхом реєстрації транзитних подій. Ці події відбуваються, коли планета, рухаючись по своїй орбіті, проходить між її зорею і телескопом, блокуючи частину світла зорі. Вимірюючи міру затемнення, відтинок часу між транзитами і використовуючи інформацію про властивості зорі, астрономи визначають розмір планети та відстань між планетою та її материнською зорею.
Космічний телескоп «Кеплер» (Kepler), який протягом 2009 — 2018 років виконував пошук екзопланет. Фото з сайту NASA.
«Kepler виявив планети з найрізноманітнішими розмірами, складом та орбітами», — сказав Ерік Б. Форд (Eric B. Ford), професор астрономії та астрофізики Пенсильванського університету і один з лідерів дослідницької групи. «Ми хочемо використати ці відкриття для поліпшення розуміння формування планет та планування майбутніх місій для пошуку планет, які можуть бути заселеними. Однак простий підрахунок екзопланет заданого розміру або з певною орбітальною відстанню вводить в оману, бо значно складніше знайти малу планету далеко від її зорі, ніж великі планети, що лежать близько до своєї зорі».
Щоб подолати цю перешкоду, дослідники розробили новий метод для визначення того, як часто виникають планети у широкому діапазоні розмірів та орбітальних відстаней. Нова модель імітує «всесвіти» зір і планет, а потім «спостерігає» за цими імітованими всесвітами, щоб визначити, скільки планет у кожному з них відкрив би «Кеплер».
«Ми використали каталог планет, відкритих «Кеплером», та параметри зір, визначені й уточнені космічним апаратом “Гайя” Європейського космічного агентства, щоб побудувати наші комп’ютерні моделі», — сказав перший автор статті Данлі Гсу (Danley Hsu), аспірант Пенсильванського університету. «Порівнявши результати з даними планет із каталогу «Кеплера», ми з’ясували відсоток планет з розрахунку на одну зорю і як це залежить від розміру планети та орбітальної відстані. Наш новий підхід дав змогу взяти до уваги кілька ефектів, які не враховували у попередніх дослідженнях».
Результати цього дослідження особливо актуальні для планування майбутніх космічних місій для пошуків екзопланет, схожих на Землю. Місія «Кеплер» виявила тисячі маленьких планет, але більшість з них лежать так далеко, що астрономам важко дізнатися деталі про їхній склад і атмосферу.
«Науковці особливо зацікавлені в пошуку біомаркерів — молекул, що свідчать про життя, — в атмосфері планет, що схожі розміром із Землею, і які містяться в зоні життя сонячноподібних зір», — сказав Форд. «Зона життя — це діапазон орбітальних відстаней, на яких планети могли б підтримувати рідку воду на своїх поверхнях. Для пошуку доказів життя на планетах розміром із Землю в зоні життя сонцеподібних зір знадобиться нова велика космічна місія».
Якою має бути ця місія, залежатиме від кількості планет розміром із Землею. NASA та Національна академія наук нині розглядають концепції місії, які суттєво відрізняються за масштабом та можливостями. Якщо планети розміром із Землею є рідкісними, то найближчі з них лежать далеко і буде потрібна велика амбітна місія для пошуку доказів там життя. З іншого боку, якщо планети розміром із Землею є поширеними, то вони мають бути на орбітах довкола близьких до нас зір, і порівняно невелика обсерваторія може вивчити їхні атмосфери.
«Хоча більшість зір, які спостерігав «Кеплер», лежать за тисячі світлових років від Сонця, він також спостерігав багато з тих, які містяться відносно близько до нього. Ми маємо змогу виконати строгий статистичний аналіз для оцінки частоти виникнення планет розміром із Землю в зоні життя близьких до нас сонячноподібних зір», — сказав Гсу.
Спираючись на свої симуляції, дослідники підрахували, що планети, дуже близькі до Землі за розмірами (від три чверті до 1,5 розміру Землі) і з орбітальними періодами в межах від 237 до 500 діб, трапляються приблизно в кожної четвертої зорі. Важливо, що модель вказує на невизначеність цієї оцінки. Науковці рекомендують майбутнім місіям з пошуку екзопланет зважати на показник, що коливається в межах однієї планети на кожні 33 зорі й до однієї планети на кожні дві зорі.
«Знання того, як часто можна знайти планети певного розміру та з відповідним орбітальним періодом, є дуже корисним для оптимізації виявлення екзопланет і збільшення шансів майбутніх космічних місій на успіх у їх пошуках», — сказав Форд. «Пенсильванський університет — лідер із використання сучасних статистичних та обчислювальних методів для аналізу астрономічних спостережень і вирішення таких питань. Наш інститут кібернауки (Institute for CyberScience, ICS) та Центр астростатистики (Center for Astrostatistics, CASt) надають інфраструктуру та підтримку, що робить такі проекти можливими».
Центр екзопланет і придатних для життя планет (The Center for Exoplanets and Habitable Worlds) Пенсильванського університету — це викладачі та студенти, які беруть участь у комплексному дослідженні позасонячних планет. Команда цього університету побудувала прилад для пошуку планет в зоні життя (Habitable Zone Planet Finder) — інструмент для пошуку планет малої маси навколо спокійних зір. Він нещодавно розпочав працювати на телескопі «Гоббі-Еберлі» (Hobby-Eberly Telescope), засновником-партнером якого є Пенсильванський університет. Другий спектрограф, побудований університетом, нині випробовують перед тим, як він розпочне додатковий огляд для виявлення та вимірювання маси маломасивних планет навколо зір, схожих на Сонце. Це дослідження стане передвісником того, що виявлять такі огляди з пошуку екзопланет, і допоможе створити контекст для інтерпретації їх результатів.
За інф. з сайту www.sciencedaily.com підготував Іван Крячко
