Как много землеподобных планет вращается вокруг солнцеподобных звезд?

Новое исследование дает наиболее точную оценку частоты, когда планеты, подобные Земле по размерам и расстоянием от своей звезды-хозяина, встречаются вокруг звезд, похожих на наше Солнце.

Знание скорости возникновения этих потенциально обитаемых планет будет иметь важное значение для проектирования будущих астрономических миссий, чтобы охарактеризовать близко расположенные скальные планеты вокруг звезд, похожих на Солнце, которые могли бы поддерживать жизнь, рассказывают в Университете штата Пенсильвания. Результаты исследования 14 августа были опубликованы в The Astronomical Journal.

Космический телескоп Кеплер от NASA обнаружил тысячи планет. Он был запущен в 2009 году и "отправлен на пенсию" в 2018 году, когда исчерпал запасы своего топлива, сделав за это время наблюдения за сотнями тысяч звезд и выявив планеты вне нашей Солнечной системы - экзопланеты - путем документирования транзитных событий. Транзитные события происходят, когда орбита планеты проходит между ее звездой и телескопом, блокируя часть света звезды так, что она кажется тусклой. Измеряя количество затмения, продолжительность между транзитами и используя информацию о свойствах звезды, астрономы характеризуют размер планеты и расстояние между планетой и ее звездой-хозяином.

"Кеплер обнаружил планеты с самыми разнообразными размерами, составом и орбитами", - сказал Эрик Б. Форд, профессор астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания и один из руководителей исследовательской группы. "Мы хотим использовать эти открытия для улучшения своего понимания о формировании планет и для планирования будущих миссий по поиску планет, которые могут быть пригодными для жизни. Однако простой подсчет экзопланет заданного размера или орбитального расстоянии вводит в заблуждение, поскольку гораздо труднее найти маленькие планеты, далекие от их звезды, чем найти большие планеты, близкие к их звезде", - отметил он.

Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи разработали новый метод, который позволяет определить частоту появления планет в широком диапазоне размеров и орбитальных расстояний. Новая модель имитирует "вселенные" из звезд и планет, а затем "наблюдает" за имитируемыми вселенными, чтобы определить, сколько планет было бы обнаружено Кеплером в каждом "вселенной".

"Для создания наших моделей мы использовали финальный каталог планет, идентифицированных Кеплером, и усовершенствовали свойства звезд с космического корабля Gaia Европейского космического агентства", - сказал Данли Хсу, аспирант Университета штата Пенсильвания и ведущий автор статьи об исследовании. "Сравнивая результаты с планетами, каталогизированными Кеплером, мы охарактеризовали скорость планет на одну звезду и то, как это зависит от размера планеты и орбитальной расстояния. Наш новый подход позволил команде учитывать несколько эффектов, которые не были включены в предыдущие исследования", - отметил он.

Результаты этого исследования особенно актуальны для планирования будущих космических миссий для характеризовать потенциально подобные Земле планеты. Сейчас миссия Кеплера обнаружила тысячи малых планет, большинство настолько далеки, что астрономам трудно узнать детали об их составе и атмосфере.

"Ученые особенно заинтересованы в поиске биомаркеров - молекул, указывающих на жизнь - в атмосфере планет примерно размером с Землю, вращающиеся в обитаемой зоне звезды, похожих на Солнце", - сказал Форд. "Жилая зона - это диапазон орбитальных расстояний, на которых планеты могут поддерживать жидкую воду на своих поверхностях. Поиск доказательств жизни на планетах размером с Землю в обитаемой зоне сонцеподобных звезд потребует новой великой космической миссии", - добавил он.

Насколько великой должна быть эта миссия, будет зависеть от обильности планет размером с Землю. НАСА и Национальные академии наук в настоящее время изучают концепции миссий, которые существенно отличаются по размерам и возможностям. Если планеты размером с Землю встречаются редко, то ближайшие такие планеты находятся дальше, и для поиска доказательств жизни на потенциально похожих на Землю планетах потребуется большая амбициозная миссия. В противном случае, если планеты размером с Землю являются распространенными, тогда будут такие экзопланеты, вращающиеся вокруг звезд, находящиеся близко к Солнцу, и сравнительно небольшая обсерватория сможет изучить их атмосферу.

"Хотя большинство звезд, которые наблюдал Кеплер, как правило, находятся за тысячи световых лет от Солнца, Кеплер наблюдал достаточно большую выборку звезд, чтобы мы смогли провести строгий статистический анализ для оценки скорости планет размером с Землю в обитаемой зоне недалеких солнцеподобных звезд", - сказал Хсу.

Исходя из своих симуляций, исследователи подсчитали, что планеты, которые очень близки по размеру Земле, имеющие от трех четвертей до полутора раз размера Земли, орбитальные периоды которых колеблются от 237 до 500 дней, случаются примерно одна на шесть звезд. Важно, что их модель количественно определяет неопределенность в этой оценке. Они рекомендуют, чтобы в будущих миссиях по поиску планет планировалась реальная скорость, которая была в диапазоне от низкой при одной планете на каждые 33 звезды в высокой при почти одной планете на каждые 2 звезды.

«Знание того, как часто нам нужно ожидать нахождение планет заданного размера и орбитального периода, является чрезвычайно полезным для оптимизации обследования экзопланет и разработки будущих космических миссий для максимизации их шансов на успех», - сказал Форд.

Кроме Форда и Хсу, в состав исследовательской группы входят Дарин Рагоззайн и Кейр Эшби из университета Бригэм Янга. Исследование поддержала НАСА, Национальный научный фонд США (NSF), также Колледж наук Эберли, Департамент астрономии и астрофизики, Центр экзопланет и жилых миров и Центр астростатистики в Университете штата Пенсильвания. Дополнительные ресурсы и услуги для вычислений предоставил Институт кибернауки Университета Пенсильвании, включая кластер CyberLAMP, финансируемый NSF.

Читайте еще интересные новости о космосе.