Як багато землеподібних планет обертається навколо сонцеподібних зірок?

Нове дослідження дає найбільш точну оцінку частоти, коли планети, подібні Землі за розмірами та відстанню від своєї зірки-господаря, зустрічаються навколо зірок, схожих на наше Сонце.

Знання швидкості виникнення цих потенційно жилих планет матиме важливе значення для проектування майбутніх астрономічних місій, щоб охарактеризувати близько розташовані скельні планети навколо зірок, схожих на Сонце, які могли б підтримувати життя, розповідають в Університеті штату Пенсильванія. Результати дослідження 14 серпня були опубліковані в The Astronomical Journal.

Космічний телескоп Кеплер від NASA виявив тисячі планет. Він був запущений у 2009 році та "відправлений на пенсію" в 2018 році, коли вичерпав запаси свого палива, зробивши за цей час спостереження за сотнями тисяч зірок та виявивши планети поза нашою Сонячною системою - екзопланети - шляхом документування транзитних подій. Транзитні події відбуваються, коли орбіта планети проходить між її зіркою і телескопом, блокуючи частину світла зірки так, що вона здається тьмяною. Вимірюючи кількість затемнення, тривалість між транзитами та використовуючи інформацію про властивості зірки, астрономи характеризують розмір планети та відстань між планетою та її зіркою-господарем.

"Кеплер виявив планети з найрізноманітнішими розмірами, складами та орбітами", - сказав Ерік Б. Форд, професор астрономії та астрофізики Університету штату Пенсільванія і один з керівників дослідницької групи. "Ми хочемо використати ці відкриття для поліпшення свого розуміння про формування планет та для планування майбутніх місій з пошуку планет, які можуть бути придатними для життя. Однак простий підрахунок екзопланет заданого розміру або орбітальної відстані вводить в оману, оскільки набагато важче знайти маленькі планети, далекі від їхньої зірки, ніж знайти великі планети, близькі до їхньої зірки", - зазначив він.

Щоб подолати цю перешкоду, дослідники розробили новий метод, який дозволяє визначити частоту появи планет у широкому діапазоні розмірів та орбітальних відстаней. Нова модель імітує "всесвіти" із зірок і планет, а потім "спостерігає" за імітованими всесвітами, щоб визначити, скільки планет було б виявлено Кеплером у кожному "всесвіті".

"Для створення наших моделей ми використали фінальний каталог планет, ідентифікованих Кеплером, та вдосконалили властивості зірок з космічного корабля Gaia Європейського космічного агентства", - сказав Данлі Хсу, аспірант Університету штату Пенсильванія і провідний автор статті про дослідження. "Порівнюючи результати з планетами, закаталогованими Кеплером, ми охарактеризували швидкість планет на одну зірку і те, як це залежить від розміру планети та орбітальної відстані. Наш новий підхід дозволив команді враховувати декілька ефектів, які не були включені в попередні дослідження", - вказав він.

Результати цього дослідження особливо актуальні для планування майбутніх космічних місій для характеризування потенційно подібних до Землі планет. Наразі місія Кеплера виявила тисячі малих планет, більшість настільки далекі, що астрономам важко дізнатися деталі про їх склад і атмосферу.

"Вчені особливо зацікавлені в пошуку біомаркерів - молекул, що вказують на життя, - в атмосфері планет приблизно розміром із Землю, які обертаються в жилій зоні зірок, схожих на Сонце", - сказав Форд. "Жила зона - це діапазон орбітальних відстаней, на яких планети можуть підтримувати рідку воду на своїх поверхнях. Пошук доказів життя на планетах розміром із Землю в жилій зоні сонцевидних зірок потребуватиме нової великої космічної місії", - додав він.

Наскільки великою має бути ця місія, залежатиме від рясності планет розміром із Землю. НАСА та Національні академії наук на даний час вивчають концепції місій, які суттєво відрізняються за розмірами та можливостями. Якщо планети розміром із Землю зустрічаються рідко, то найближчі такі планети знаходяться далі, і для пошуку доказів життя на потенційно схожих на Землю планетах буде потрібна велика амбітна місія. В іншому випадку, якщо планети розміром із Землю є розповсюдженими, тоді будуть такі екзопланети, що обертаються навколо зірок, які знаходяться близько до Сонця, і порівняно невелика обсерваторія зможе вивчити їх атмосферу.

"Хоча більшість зірок, за якими спостерігав Кеплер, як правило, знаходяться за тисячі світлових років від Сонця, Кеплер спостерігав достатньо велику вибірку зірок, щоби ми змогли провести суворий статистичний аналіз для оцінки швидкості планет розміром із Землю в жилій зоні недалеких сонцеподібних зірок", - сказав Хсу.

Виходячи зі своїх симуляцій, дослідники підрахували, що планети, дуже близькі по розміру до Землі, які від трьох чвертей до півтора разів розміру Землі, орбітальні періоди яких коливаються від 237 до 500 днів, трапляються приблизно одна на шість зірок. Важливо, що їх модель кількісно визначає невизначеність у цій оцінці. Вони рекомендують, щоб в майбутніх місіях з пошуку планет планувалася реальна швидкість, яка б була у діапазоні від низької при одній планеті на кожні 33 зірки до високої при майже одній планеті на кожні 2 зірки.

«Знання того, як часто нам потрібно очікувати знаходження планет заданого розміру і орбітального періоду, є надзвичайно корисним для оптимізації обстеження екзопланет та розробки майбутніх космічних місій для максимізації їх шансів на успіх», - сказав Форд.

Окрім Форда та Хсу, до складу дослідницької групи входять Дарин Рагоззайн та Кейр Ешбі з університету Брігем Янга. Дослідження підтримала НАСА, Національний науковий фонд США (NSF), також Коледж наук Еберлі, Департамент астрономії та астрофізики, Центр екзопланет і житлових світів та Центр астростатистики в Університеті штату Пенсильванія. Розширені ресурси та послуги для обчислювань надав Інститут кібернауки Університету Пенсильванії, включаючи кластер CyberLAMP, що фінансується NSF.

Читайте ще цікаві новини про космос.