Polowanie trwa na planetach Alfa Centauri



13 czerwca oficjalne zestawienie egzoplanet NASA – planet poza naszym Układem Słonecznym – wystrzeliło ponad 4000. Lista główna obejmuje obce światy wokół maleńkich gwiazd neutronowych i spuchniętych, umierających słońc, planet w zatłoczonym centrum naszej galaktyki, Drogi Mlecznej i planet unoszących się samotnie w głębi przestrzeni międzygwiezdnej. Brakuje jednak jednego miejsca: Alpha Centauri, systemu gwiezdnego obok naszego. Z powodu skomplikowanego zestawu okoliczności ten intrygujący cel pozostał szyfrem – przynajmniej do tej pory.

Technologia się poprawia, a gwiazdy dostosowują się dosłownie do zdradzania tajemnic Alfa Centauri. „Zainteresowanie odkrywaniem (potencjalnie nadających się do zamieszkania światów) zdecydowanie wzrasta”, mówi astrofizyk Ruslan Belikov z NASA Ames Research Center.

W ciągu ostatnich kilku tygodni zespół Belikowa i inna grupa kierowana przez Markusa Kaspera z Europejskiego Obserwatorium Południowego próbowali dostrzec domniemane światy Alpha Centauri za pomocą dwóch różnych gigantycznych teleskopów w Chile. Korzystając z nowych precyzyjnych instrumentów do przesiewania gwiazd, naukowcy przygotowują się do jeszcze bardziej subtelnych poszukiwań. Jeśli te wysiłki staną się puste, kilka grup opracowuje tanie satelity, aby rozszerzyć polowanie na planetę w kosmos. A jeśli NASA nie sfinansuje tych projektów, istnieje inny plan tworzenia kopii zapasowych: Dwa prywatne wysiłki – wspierane przez miliarderów Breakthrough Initiatives i crowdfunded Project Blue – przygotowują się do realizacji misji.

„Istnieje ryzyko, ponieważ nie wiemy, czy coś zobaczymy. Moim zdaniem ryzyko jest równoważone nagrodą za uzyskanie obrazu Ziemi 2.0 – mówi Belikow.

Międzygwiezdni bliscy

Przynęta Alpha Centauri jest łatwa do zrozumienia: Aby naukowcy pragnęli znaleźć żywe światy poza naszym, ten system wydaje się prawie zbyt dobry, aby był prawdziwy. Zawiera nie tylko jedną gwiazdę przypominającą nasze słońce, ale dwa z nich, zwanych Alfa Centauri A i B. Gwiazda A to słońce w pobliżu bliźniąt o temperaturze, wielkości, jasności i składzie; gwiazda B jest po prostu mniejsza i chłodniejsza. Obaj są o około 10 procent starsi od naszego Układu Słonecznego, pozostawiając dużo czasu na to, aby jakakolwiek ewolucja kosmitów zrobiła swoje. Alpha Centauri jest również najbliższym systemem w galaktyce, leżącym zaledwie 4,37 światła – lata temu i zapewniającym wyjątkowo intymną perspektywę na wszystkich możliwych planetach. Jako dodatkowy bonus, Alpha Centauri A i B mają trzeciego towarzysza, ciemnego czerwonego karła o imieniu Proxima Centauri, który ma własny świat wielkości Ziemi.

Niestety rzeczy, które sprawiają, że Alpha Centauri jest tak pociągająca w swojej koncepcji, sprawiają, że jest to niezwykle trudne w praktyce. Jednym z najbardziej udanych sposobów znalezienia egzoplanet jest poszukiwanie lekkiego kołysania w świetle gwiazdy. Orbitująca planeta pociągnie swoją gwiazdę macierzystą w tę iz powrotem, dzięki czemu światło gwiazd wydaje się na przemian nieco bardziej niebieskie i trochę bardziej czerwone niż normalnie. Dla samotnej gwiazdy wykrywanie tych zmian kolorów jest niezwykle delikatnym procesem. W systemie binarnym takim jak Alpha Centauri staje się o wiele bardziej. Światło z dwóch sąsiednich gwiazd ma tendencję do mieszania się ze sobą, przesłaniając sygnał chybotania. Sprawy stają się jeszcze bardziej skomplikowane, jeśli dwie gwiazdy wydają się być bardzo blisko siebie na niebie – a po pechowym trafieniu gwiazdy A i B osiągnęły najtrudniejszy punkt na swojej 80-letniej orbicie w 2016 roku.

Lily Zhao, młoda łowczyni planet na Uniwersytecie Yale, konsekwencje tych problematycznych okoliczności. Łącząc całą dekadę pomiarów prędkości radialnej, Zhao i jej koledzy mogą jedynie powiedzieć, że Alfa Centauri A nie ma planet więcej niż 50 razy większą od masy Ziemi i że Alfa Centauri B nie ma planet więcej niż ośmiu mas Ziemi. Mnóstwo mniejszych światów o rozmiarach Ziemi mogło zapinać się wokół każdej gwiazdy, a my nie mielibyśmy pojęcia. „To prawie oznaczało limit wyszukiwania do tej pory”, mówi Zhao.

Sfrustrowani taką mglistością, kilku odważnych astronomów próbowało zmrużyć oczy przez pomieszane dane, by uzyskać bardziej precyzyjne odpowiedzi. Próby nie poszły dobrze. W 2012 r. Grupa prowadzona przez Xaviera Dumusque'a, a następnie na Uniwersytecie Genewskim, na planecie o masie Ziemi wokół Alpha Centauri B, aby rozerwać fanfar. Ale trzy lata później niezależna analiza planety, sugerująca, że ​​był to tylko artefakt danych. Dumusque przyznał że „prawdopodobnie nie ma planety”.

Niemniej jednak Zhao deklaruje, że „perspektywy są świetne” na kolejną rundę poszukiwania planety wokół Alpha Centauri. Po pierwsze, separacja między gwiazdami A i B rośnie, a do 2020 roku będzie wystarczająco szeroka, aby potężne teleskopy mogły obserwować każdą gwiazdę indywidualnie. Co ważniejsze, znacznie ulepszone nowe wersje instrumentów zwanych spektrografami pozwolą na znacznie bardziej czułe poszukiwania wahań niż te, które były możliwe dzięki detektorowi HARPS używanemu przez Dumusque'a i jego współpracowników.

Zhao pracuje nad spektrografem o wysokiej rozdzielczości o nazwie (dla Extreme Precision Spectrometer) na teleskopie Discovery Channel w Arizonie. Podobne urządzenie o nazwie (dla Echelle Spectrograph dla Rocky Exoplanet i Stable Spectroscopic Observation) zostało zainstalowane na Very Large Telescope (VLT) w Chile, z wyraźnym widokiem na Alpha Centauri na południowym niebie. Te spektrografy są zaprojektowane do wychwytywania wahań tak niewielkich, jak 10 centymetrów na sekundę. Ta czułość jest 10 razy lepsza niż ich poprzednicy i dokładnie na poziomie potrzebnym do wychwytywania holownika wywołanego przez planetę podobną do Ziemi orbitującą wokół którejkolwiek z gwiazd Alfa Centauri.

Zarówno ESPRESSO, jak i EXPRES już monitorują gwiazdy na niebie. Nie ma jeszcze planów na dedykowane wyszukiwanie Alpha Centauri-centric, ale jeśli …gdy– pojawiają się nowe wyniki, obiecuje Zhao, będą godne zaufania. „Wszyscy zastanawiali się nad tym, jak pewnie można wykryć, zanim będzie można je opublikować” – mówi.

Latarnie morskie i świetliki

Zakładając, że poszukiwania wahań są udane w znalezieniu planet wokół Alfa Centauri, nadal pozostawi wiele nieznanych informacji o tych obcych światach. Takie badania wskażą, jak ogromne są planety i jak się orbitują, ale niewiele ujawnią ich właściwości fizyczne. Nie ujawnią niczego o tym, jak wyglądają planety. Jedynym sposobem uzyskania tego rodzaju informacji jest bezpośrednia obserwacja tych ciał. Dla naprawdę ambitnych odkrywców Alpha Centauri, celem jest uchwycenie obrazu „bladoniebieskiej kropki”: światełko zawierające pierwszy portret czegoś, co może być prawdziwie ziemską planetą wokół innej gwiazdy.

Żaden stworzony instrument nie jest wystarczająco czuły i precyzyjny, aby to zrobić. „Obrazowanie egzoplanety w pobliżu jasnej gwiazdy przypomina próbę zobaczenia świetlika w pobliżu latarni morskiej oddalonej o kilkaset kilometrów. W przypadku Alpha Centauri mamy dwie latarnie morskie, więc problem jest jeszcze gorszy – mówi Franck Marchis z Instytutu SETI, który prowadzi działalność naukową w projekcie Blue. Ale nieco większe światy są teraz w zasięgu ręki, a ich szukanie może nam już wiele powiedzieć.

Choć może to zabrzmieć dziwnie, pierwszym porządkiem biznesu jest ustalenie, jakie są planety nie obecny wokół Alpha Centauri. Ze względu na bliskość gwiazd A i B, planety stabilne mogą istnieć tylko blisko każdej gwiazdy, nie więcej niż 2,5 raza dalej niż odległość Ziemi od Słońca. Wszelkie olbrzymie planety wielkości Jowisza krążące w tych wewnętrznych sanktuariach już dawno zniszczyłyby wszystkie mniejsze, potencjalnie podobne do Ziemi planety orbitujące w strefie nadającej się do zamieszkania – region łagodny, w którym mogłaby istnieć ciekła woda (a zatem i życie, jakie znamy).

Na razie wahania nie wykazały żadnych śladów gigantycznych planet wokół Alfa Centauri, co jest zachęcające. „Wiemy, że nie ma dużej planety, która wyparłaby planetę w strefie mieszkalnej” – mówi Belikow. Mimo to martwi go perspektywa „pół-gigantów” – światów klasy Neptun, które są na tyle małe, że do tej pory mogły uniknąć wykrycia, ale nadal mogą być wystarczająco duże, aby zepsuć perspektywy życia.

W tym celu Belikov i jego koledzy podjęli pierwszą poważną próbę bezpośredniego obrazowania planet wokół Alfy Centauri. Zarezerwowali dwie rundy obserwacji na instrumencie Gemini Planet Imager na Gemini South Telescop na szczycie Cerro Pachón w Chile. Bieg obserwacyjny tego lata został całkowicie zachmurzony, ale Belikov zamierza spróbować ponownie wiosną przyszłego roku. Podobne poszukiwania, które wykonywał w zeszłym roku, okazały się puste, co jest dobrą wiadomością: do tej pory w systemie Alpha Centauri nie ma też żadnej wskazówki o nieznośnych planetach wielkości Neptuna.

Jeszcze lepszą wiadomością jest to, że obserwacje Belikowa są już zastąpione. Kasper zbliża się do mniejszych planet, nieco słabszych niż Ziemia, używając instrumentu VLT o nazwie VISIR (dla VLT Imager i Spectrometer for Mid-Infrared), który został przebudowany i przemianowany na NEAR (dla bliskich ziem w regionie AlphaCen). NEAR jest wynikiem niezwykłej współpracy między Europejskim Obserwatorium Południowym, które prowadzi VLT, a prywatnymi inicjatywami Breakthrough Initiatives, które zapewniały finansowanie krytycznych aktualizacji sprzętu. Jest to pierwsze urządzenie zbudowane i obsługiwane specjalnie w celu znalezienia planet wokół Alfa Centauri.

Podczas inauguracyjnego biegu NEAR pod koniec maja i na początku czerwca zespół Kaspera był nękany przez złą pogodę. Mimo to naukowcom udało się wycisnąć 100 godzin obserwacji, zbierając sześć terabajtów surowych danych. „Będziemy wrażliwi na planety, które są ponad dwa razy większe od promienia Ziemi” – mówi Kasper. To znacznie wykracza poza to, co Belikov może zrobić, a współczynnik pięciokrotnie lepszy niż najlepszy z wahających się badań.

Nie minie dużo czasu, zanim świat dowie się, co, jeśli w ogóle, NEAR widziało wokół Alpha Centauri. Wyniki powinny zostać opublikowane w październiku, mówi Kasper. Jeśli dane wyglądają dobrze, ma nadzieję przeprowadzić kolejny bieg obserwacyjny po marcu 2020 r., Kiedy Alpha Centauri znów będzie dobrze przygotowany do oglądania w Chile.

Przełomy czekają

Zgodnie ze swoją nazwą NEAR zbliża nas do celu, jakim jest znalezienie Ziemi 2.0 – ale jest jeszcze dużo więcej do pokonania. Planeta dwukrotnie większa od naszej (dolna granica instrumentu) może mieć gęstą, duszącą atmosferę, nieprzyjazną dla życia. „Obecne wysiłki nie osiągają wrażliwości na znalezienie prawdziwych ziemskich analogów”, mówi Olivier Guyon, astronom z University of Arizona i główny naukowiec programu łamiącego planety Breakthrough. „Z pewnością będziemy więc patrzeć na system Alpha Centauri z lepszymi, mocniejszymi instrumentami, gdy staną się dostępne”.

Jednym ze sposobów na poprawę jest wzniesienie się ponad atmosferę rozpraszającą światło gwiazd naszej planety i przeszukiwanie jej w kosmos. Belikow od kilku lat naciska na ten argument w postaci koncepcji misji o nazwie Satelita Alpha Centauri Exoplanet lub ACESat. Zawierałby teleskop z lustrem o szerokości 45 centymetrów i urządzenie blokujące światło gwiazd zwane koronografem, aby wymazać przytłaczające olśnienie latarni Alfa Centauri A i B, potencjalnie odkrywając blask świetlika o średnicy 10 miliardów razy bledszy małe planety.

W 2014 r. NASA zapewniła pewne finansowanie technologii ACESat, choć później agencja przekazała ją jako misję. „Technologia nie była wtedy dojrzała, ale teraz staje się coraz bardziej dojrzała”, podkreśla Belikow. Próbuje ponownie w NASA z nową propozycją zwaną Alpha Centauri Direct Imager lub ACEND. On również zabezpiecza swoje zakłady, pracując nad podobną koncepcją z Project Blue. Jak zawsze w przypadku tego rodzaju projektów o wysokiej granicy, pieniądze są co najmniej tak samo problemem jak technologia.

Przy przewidywanym całkowitym koszcie około 50 milionów dolarów satelita Project Blue jest marny w porównaniu z budżetem 9 miliardów dolarów Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Podnoszenie tych funduszy na jedną misję prywatną nie było jednak łatwe. Projekt Blue pierwotnie miał na celu wprowadzenie na rynek w 2021 r., Ale „nie sądzę, aby było to możliwe przy obecnym stanie finansowania”, mówi Marchis. „Potrzebujemy wsparcia bogatego darczyńcy lub grupy darczyńców, aby poprawić gotowość technologiczną i rozpocząć budowę instrumentu”.

Przełomowe inicjatywy mają przewagę dzięki wbudowanej sieci takich darczyńców, w tym jej współzałożycielowi miliarderowi, Jurijowi Milnerowi. Jako część Breakthrough Watch, organizacja bada mały teleskop kosmiczny przenoszący koronograf, podobny do ACESat. Przełomowy Zegarek realizuje również oddzielną misję o nazwie TOLIBOY, wstępnie przygotowaną do wystrzelenia w 2021 r., Która wyszuka planety poprzez dokładne odwzorowanie ruchów Alfa Centauri A i B przy użyciu techniki zwanej astrometrią.

Wszystkie te projekty staną się podstawą jeszcze większych wysiłków. Belikov pracuje nad adaptacją technologii ACESat dla zbliżającego się kosmicznego teleskopu pomiarowego na podczerwień NASA, czyli WFIRST, który zostanie wprowadzony na rynek w połowie lat dwudziestych XX wieku, a dla następcy teleskopu kosmicznego Hubble'a planowany jest na 2030 rok. Kasper pomaga zastosować lekcje z NEAR w nowym instrumencie, METIS (dla termowizora i spektrografu ELT o średniej podczerwieni), który zostanie zainstalowany na 39-metrowym ekstremalnie dużym teleskopie, obecnie w budowie w Chile. Satelita TOLIBOY ma być prekursorem większej, bardziej zdolnej misji astrometrii kosmicznej, zwanej naturalnie TOLIMAN.

Wszystkie te podejścia powinny razem wypełnić puste miejsca otaczające Alpha Centauri. „Wszystko, co wiemy, wskazuje na możliwość i, powiedziałbym, prawdopodobieństwo istnienia potencjalnie nadających się do zamieszkania planet wokół A i B”, mówi Belikow. Ta ograniczona wiedza wkrótce zostanie poddana próbie. Jeśli Alfa Centauri okaże się jałowa, zasugeruje to, że planety podobne do Ziemi nie są tak powszechne, jak kiedyś sądzono. Być może podwójne gwiazdy, takie jak Alpha Centauri – które stanowią większość wszystkich systemów gwiezdnych – nie są obiecującymi miejscami do znalezienia życia. A może odkryjemy, że Alpha Centauri ma planety podobne do wielkości Ziemi, ale w ogóle nie przypomina planety. Nasza domowa planeta może być rzadkim oddaleniem we wrogim wszechświecie.

Z drugiej strony, obserwacja słabej niebieskiej kropki światła egzoplanetarnego wokół Alfy Centauri mogła opowiedzieć zupełnie inną historię. „Jeśli odkryjemy, że jedna z tych planet jest podobna do naszej Ziemi, co oznacza, że ​​ma kontynenty i oceany, stanie się naszym nowym, potencjalnie żyjącym światem”, mówi Marchis. Znalezienie innej Ziemi tuż obok oznaczałoby, że w naszej galaktyce są ich miliony lub miliardy. „To będzie szczyt astronomii na następne stulecie i być może sposób na zwiększenie zainteresowania całej naszej cywilizacji eksploracją kosmosu”.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *