Hogyan segítenek a következő generációs teleszkópok exobolygók vadászatában

Az elmúlt években a saját Naprendszerünkön kívüli bolygók elképesztő sokaságát fedeztük fel. Azokon kívül, amelyek potenciálisan lakható, olyan exobolygókat is találtunk, amelyek forróbb, mint a csillagok, van vaseső és sárga égbolt, és amelyek rendelkeznek a vattacukor sűrűsége. De még mindig alig karcoltuk meg a felszínét annak, ami odakint van.

A bolygóvadász küldetések következő generációja még ennél is tovább megy: exobolygókat azonosít és lakhatóságukat akár több ezer fényév távolságból is meghatározza. Ha többet szeretne megtudni arról, hogyan vadászik egy bolygó tűjére galaxisunk szénakazaljában, három szakértővel beszélgettünk, akik élvonalbeli exobolygóprojekteken dolgoznak.

Exobolygók robbanása

Az első exobolygókat 1992-ben fedezték fel, és kevesebb mint három évtized alatt robbanásszerűen megnőtt a Naprendszerünkön kívül ismert bolygók száma. NASA becslések hogy az ismert exobolygók száma nagyjából megduplázódik 27 havonta.

Az exobolygó felfedezését földi teleszkópokkal kezdték meg, például az 51 Peg b nevű exobolygó híres felfedezését 1995-ben, amiért két svájci csillagász kapott Nobel-díjat. De az exobolygóvadászat valóban nagy sebességre rúgott az űrbe telepített bolygóvadász teleszkópok megjelenésével, mint például a NASA Kepler és TESS küldetések.

Most a NASA és az ESA (Európai Űrügynökség) új küldetései minden eddiginél részletesebben azonosítják és vizsgálják a távoli exobolygókat.

Exobolygók keresése galaxisunkban

A PLATO az ESA következő generációs bolygóvadász űrteleszkópja, amelyet jelenleg építenek azzal a céllal, hogy 2026-ban indítsák fel. A küldetés azokra a fényes csillagokra koncentrál, amelyek viszonylag közel vannak hozzánk a galaxisban, jellemzően 300 és 1000 fényév közötti tartományban van, minden egyes területet legalább két év.

A küldetés során a tranzit módszerrel keresnek majd lakható világokat, melynek során a kutatók egy távoli csillag fényességét mérik. Ha a csillag fényessége szabályos időközönként csökken, az azt jelenti, hogy egy bolygó halad át közöttük minket és a csillagot, elzárva a csillag által kibocsátott fény egy részét, és a bemerülést okozva Fényerősség. Ennek a süllyedésnek a pontos mérése lehetővé teszi az olyan műszerek számára, mint a PLATO, hogy nagyon pontosan kiszámítsák a bolygó méretét.

A kétéves megfigyelési időszak lehetővé teszi a tudósok számára, hogy hosszabb időtartamú bolygókat keressenek. Tehát míg egy olyan küldetés, mint a Kepler az égbolt egy kis területét nézte hosszú ideig, a TESS pedig nagy régiók az égbolt számára rövid ideig, a PLATÓ egy nagy régióra és hosszú időre egyaránt tekint idő.

A korábbi küldetéseknél hosszabb megfigyelési idővel rendelkező műszerekre lesz szükségünk, hogy felfedezhessük a sajátunkhoz hasonló bolygókat – magyarázta Ana Heras, a PLATO projekt tudósa a Digital Trendsnek adott interjújában. „Földszerű bolygókat akarunk észlelni, és ez azt jelenti, ha a Földhöz hasonló bolygót akarunk látni a lakható zóna, egyéves keringési periódusa lesz” – mondta. "Tehát legalább két évig figyelnünk kell, mert legalább két tranzitot szeretnénk látni."

A jelenlegi modellek azt sugallják, hogy egy adott csillag két tranzitjának megfigyelése elegendő adatot biztosít az azonosításhoz és bizonyos mértékig egy exobolygót jellemeznek, de fennáll annak a lehetősége, hogy a PLATÓ három vagy akár négy évig is megfigyelheti ugyanazt a területet, ha szükséges.

A Földhöz hasonló bolygókon kívül a PLATO a hidegebb vörös törpecsillagokat is megvizsgálja, amelyek potenciálisan körülöttük keringő lakható exobolygók. A teleszkóp rendkívül pontos fotométere a megfigyelt csillagok oszcillációira vonatkozó információkat is képes mérni, amelyek belső szerkezetükről és életkorukról árulkodhatnak a tudósoknak. "Ez lehetővé teszi számunkra, hogy fantasztikus módon fejlesszék a csillagok evolúciójának megértését és a csillagok fizikájával kapcsolatos általános ismereteket" - mondta Heras.

A PLATÓ egyik legizgalmasabb lehetősége az, hogy olyan pontos, hogy akár az exobolygó körül keringő holdakat, úgynevezett exoholdakat is képes észlelni. Magától értetődik, hogy a holdak a Naprendszerünkön kívül is léteznek, de a jelenlegi módszerek még nem erősítették meg véglegesen az észlelést.

Az az esély, hogy a PLATÓ találhat egy ilyen holdat, lehetőséget ad arra, hogy különböző típusú lakható környezeteket keressünk – nemcsak a Földhöz hasonló bolygókat, hanem az ahhoz hasonló holdakat is. A Szaturnusz Enceladus holdja amely Naprendszerünk egyik legígéretesebb, potenciálisan lakható nem Földi helyszíne.

Hány bolygó van a galaxisunkban?

Eddig megközelítőleg 4200 exobolygót fedeztünk fel, és gyakorlatilag minden hónapban újabbakat jelentenek be. De nyitott kérdés marad, hogy pontosan hány bolygó van galaxisunkban. Az olyan módszerek használata, mint a tranzit módszer, csak bizonyos konfigurációjú bolygókat tár fel – különösen azokat, amelyek közel vannak keringenek a csillagaik felé – tehát szükségünk van egy átfogó képre a galaxisról, hogy jobb képet kapjunk arról, hány bolygó van teljes.

Erre készül a NASA Nancy Grace római űrtávcső, vagy egyszerűen csak római célja, hogy felfedezze. A teleszkóp jelenleg építés alatt áll, és miután 2025 végén vagy 2026 elején felbocsátják, megkezdi az éjszakai égbolt felmérését, a Roman Galactic Exoplanet Survey (RGES) nevet.

Ennek a felmérésnek a célja nem önmagukban az exobolygók felfedezése vagy vizsgálata, hanem az a nagy kép arról, hogy galaxisunkban hány csillag ad otthont a bolygórendszereknek, és milyenek ezek a rendszerek megosztott.

Bolygók észlelése fényhajlítással

Az égbolt felméréséhez Roman a mikrolencsés technikát alkalmazza, amely képes kiválasztani az exobolygókat, de többnyire elmondja a tudósoknak, hogy a bolygók milyen csillagok körül keringenek.

„A mikrolencse sok szempontból egyedülálló” – mondta Scott Gaudi, az RGES vezető kutatója a Digital Trendsnek adott interjújában. A gravitációs lencséknek nevezett folyamaton alapul, amelyet csillagok észlelésére használnak. "A dolog úgy működik, hogy ha elég sokáig bámulsz egy csillagot (körülbelül 500 000 évig), akkor véletlenül egy másik csillag lesz az előtérben. lebegjen elég közel a látószögéhez az a háttércsillag, hogy a háttércsillag fényét két képre ossza fel” magyarázta.

"A háttér-forráscsillag kivilágosodik, ahogy az előtér csillaga elé kerül, mert az előtérben lévő csillag gravitációja elgörbíti azokat a fénysugarakat, amelyek eltávoztak volna. a látószögből." Ez azt jelenti, hogy ha a tudósok megfigyelik, hogy egy háttércsillag fényesebbé válik, majd elhalványul, akkor arra következtethetnek, hogy egy másik csillag haladt át közötte és minket.

Ez a technika tovább finomítható exobolygók kimutatására. "Ha az előtérben lévő csillagnak van egy bolygója, akkor ennek a bolygónak van tömege, ami azt jelenti, hogy gravitációs lencsét is képes lencsevégre vinni" - mondta Gaudi. Ha tehát az előtérben lévő gazdacsillag által készített háttércsillagról készült két kép közül az egyik véletlenül elhaladna a bolygó közelében, az rövid ideig további kivilágosodás vagy elsötétülés, amely néhány órától, földtömegű bolygó esetén néhány napig tart, Jupiter tömeg esetén bolygó."

A probléma az, hogy ezek az események, amelyekben bolygók és csillagok sorakoznak fel, ritkák és kiszámíthatatlanok. Tehát ezek megörökítéséhez a csillagászoknak hatalmas számú csillagot kell figyelniük. „500 000 évenként csillagonként egy lencsevégrehajtási eseményt kap, tehát hosszú időt kell várni” – mondta Gaudi. "Tehát ehelyett nagyjából 100 millió csillagot figyelünk meg a galaktikus dudorban [a csillagokkal sűrűn zsúfolt terület galaxisunk közepén], és egy adott időpontban sok ezer csillag kerül lencsevégre."

A Roman különösen alkalmas lesz az ilyen típusú vizsgálatokra, mivel nagyon nagy látómezővel rendelkezik, lehetővé téve a galaktikus kidudorodás egy nagy részének megfigyelését. A csillagok millióit 15 perces időskálán keresztül is képes figyelni, így a kutatók megörökíthetik ezeket a lencsevégrehajtási eseményeket, amint azok megtörténnek.

Kiegészítő küldetések

Az eddigi elsődleges adatok arra vonatkozóan, hogy hány exobolygó létezhet galaxisunkban, a már megszűnt Kepler űrteleszkópból származnak. amely 2009 és 2018 között felmérte az eget, mintegy 150 000 csillag fényességét mérve, hogy a tranzit segítségével exobolygókat keressen. módszer.

Ez a küldetés megalapozta a mai exobolygó-kutatást. A Kepler által alkalmazott módszer miatt azonban még mindig sok olyan exobolygó van, amelyet esetleg kihagyott. A római projekt célja ennek a munkának a kiterjesztése és kiegészítése egy másik módszer alkalmazásával.

„Az RGES felmérés azért fontos, mert kiegészíti a Keplert” – magyarázta Gaudi. „A mikrolencsés módszer alapvetően érzékeny a távolabbi bolygókra, tehát azokra a bolygókra, amelyek pályája nagyjából nagyobb, mint a Föld." Ha ezt a módszert távoli idegenek használnák például a Naprendszerünk megfigyelésére, akkor az összes bolygót képes lenne észlelni, kivéve Higany.

„Míg Kepler csak alig volt érzékeny a Földtömegű bolygókra. Tehát valóban el kell végeznünk az RGES felmérést, hogy elvégezzük a galaxis exobolygóinak statisztikai összeírását” – mondta Gaudi.

A mikrolencse nem függ a megfigyelt csillagok erős fényétől, így lehetővé teszi a tudósok számára, hogy megfigyeljenek olyan rendszereket, amelyek közel vannak hozzánk és a galaxis középpontjáig. A Roman lehetővé teszi a kutatóknak, hogy statisztikailag megértsék, hogyan oszlanak meg a bolygórendszerek galaxisunkban, Gaudiban "Tehát valóban meg tudjuk határozni az exobolygós rendszerek galaktikus eloszlását, ami alapvetően lehetetlen másokkal technika."

Exobolygók jellemzése tranzit segítségével

A PLATO és a római teleszkópok felbecsülhetetlen értékűek lesznek új exobolygók felfedezésében és annak megbecslésében, hogy összesen hány exobolygó létezik galaxisunkban. De ha már tudjuk, hány bolygó van és hol találhatók, új eszközökre van szükségünk, hogy többet megtudjunk ezekről a bolygókról – olyan jellemzők vizsgálatára, mint például tömegük, méretük és életkoruk. Ezek az információk segíthetnek abban, hogy meglássuk, milyen bolygók léteznek odakint, legyen szó gázóriásokról, mint a Jupiter vagy a Szaturnusz, vagy olyan sziklás világokról, mint a Föld és a Mars.

Az ESA nemrég indult egy új űrtávcső, a CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite), amely exobolygókat vizsgál pályáról. A CHEOPS projekt valószínűleg talál majd néhány új exobolygót a működése során, de fő célja, hogy tranzit módszerrel részletesebben megvizsgálja a más felmérések által talált exobolygókat.

„Valójában egy nyomon követési küldetés vagyunk” – magyarázta Kate Isaak, a CHEOPS projekt tudósa a Digital Trendsnek adott interjújában. "Követjük, hogy megtaláljuk többek között az ismert exobolygók méretét."

Ez azt jelenti, hogy a projektben részt vevő tudósok előnyben részesítik a megfigyeléseket, mivel már rendelkeznek a szükséges információkkal arról, hogy mikorra kerül sor a tranzitra. Pontosan a megfelelő pillanatban irányíthatják a műszert a célbolygó felé, miközben az áthalad, hogy információkat rögzítsenek róla.

A CHEOPS csak néhány hónapja indult, de máris új információkat fedezett fel a bolygó KELT-11 bA kutatók nyilatkozata szerint ez a furcsa bolygó olyan alacsony sűrűségű, hogy „lebegne a vízen egy elég nagy medencében”.

A Föld 2-t keresem

Az exobolygók felderítése és tanulmányozása nem csak arról szól, hogy furcsa világokat találjunk, mint pl KELT-9 b vagy AU mikrofon b bár. A legnagyobb kérdésről is szól: hogy létezik-e élet a Földön kívül vagy sem. A csillagászok által végzett munka nemcsak azt a kérdést kezdi vizsgálni, hogy hol vannak a bolygók, hanem azt is, hogy lakhatóak-e. Végül segíthetnek meghatározni, hogy ezek a távoli bolygók valóban életet adnak-e.

„Az exobolygó-tudomány egyik szent grálja az életet keresi” – mondta Isaak. „Az egyik dolog, amit az emberek keresnek, egy Föld-szerű bolygó. Egy Earth 2, mondhatni.” Ez azt jelenti, hogy egy sziklás bolygót kell keresni egy csillag lakható zónájában – a csillagtól mért távolságon belül, amelyen belül folyékony víz jelenhet meg a bolygó felszínén. A jövőbeli küldetések, mint például a James Webb Űrteleszkóp, még azt is képesek lesznek megvizsgálni, hogy a távoli exobolygóknak van-e légkörük.

Heras, a PLATO projekt tudósa egyetértett a lakhatóság keresésének fontosságával. "Az esetlegesen lakható exobolygók tanulmányozása valóban a következő lépés annak érdekében, hogy megértsük nem csak a bolygók fejlődését, hanem talán azt is, hogyan jelent meg az élet" - mondta. "Azok után, hogy tanultunk az exobolygókról, a következő lépés az élet fejlődésének és az élet kezdetének megismerése lesz."

Az is nagy nyitott kérdés, hogy vannak-e más, a miénkhez hasonló napelemes rendszerek. „Azt is szeretnénk tudni, mennyire egyedi a bolygónk” – mondta Heras. Elmagyarázta, hogy még a több ezer felfedezett exobolygó ellenére is nagyon kevés van a csillagaik lakható zónájában. "Tehát a tudásunkkal még nem tudjuk, mennyire egyedi a naprendszerünk és mennyire egyedülálló a Föld."

A végső kérdés

Ez a kapcsolat az exobolygó felfedezése és az élet keresése között mind az ezeken a projekteken dolgozó tudósokat, mind a közvéleményt a távoli világok megismerésére készteti. Lehetetlen hallani a bizarr exobolygókról, és nem elképzelni, milyen lenne ezeken a furcsa helyeken élni.

„Az exobolygók lenyűgözőek, ha másért nem, mert könnyen megérthetők” – mondta Isaak. „Egy bolygón élünk. Az a kérdés, hogy egyedül vagyunk-e, mélyreható kérdés – filozófiailag, fizikailag, pszichológiailag – lenyűgöző kérdés, és könnyen megérthetjük. Az exobolygók keresése és tanulmányozása lépések afelé, hogy egyedül vagyunk… A CHEOPS-szal nem fogunk életet találni. Nem fejezzük be a küldetést azzal, hogy kis zöld emberkéket fedeztünk fel az X bolygón. De azt fogjuk tenni, hogy hozzájárulunk ahhoz a folyamathoz, amellyel ezt hosszabb távon megteheti.”

Még akkor is, ha az élet keresése nem vezet eredményre, akkor is mélyreható eredmény lenne. És maga a keresés ösztönözheti a tudományos vizsgálatot és az univerzumban elfoglalt helyünk mélyreható elmélkedését.

„Azt hiszem, mindannyian értelmet keresünk” – mondta Gaudi. "Ha valamiféle elképzelésünk lenne arról, hogy az élet, még az egyszerű élet is, a földi élettől függetlenül keletkezett-e egy másik bolygón, vagy ha nem, és kozmikusan magányosak vagyunk – bármelyik nagyon mély hatást gyakorolna önmagunkról és a világban elfoglalt helyünkről alkotott képünkre. világegyetem. Ez a jelentés késztet engem személy szerint a lakhatóság és potenciálisan élet keresésének tanulmányozására.”