Bildekreditt: John Rowe
Søket etter jordlignende planeter begynner med søket etter sollignende stjerner. Astronom Maggie Turnbull ble bedt om å lage en kort liste med tretti kandidatstjerner som nøye matchet vår egen sol av en total liste 2.350 stjerner som er innen hundre lysår fra oss. Denne korte listen, inkludert 37 perler, vil bli brukt av Terrestrial Planet Finder-oppdraget, som vil søke etter beboelige planeter ved å lete etter det synlige lyset av oksygen eller vann i en jordlignende planet - et sikkert livstegn.
Den trettisjuende vestligste stjernen i stjernebildet, Tvillingene, er en guloransje stjerne som vår egen sol. Stjernen heter 37 Geminorum, men for astrofysiker Margaret Turnbull er stjernen spesiell fordi den tilbyr en casestudie for å vurdere hva som kan kvalifisere som en god kandidat til å huse beboelige planeter.
Når hun bygger listen over stjerner som kan støtte planeter med flytende vann og oksygen, må hun utelukke solsenger som er ekstreme: enten for unge eller for gamle, som roterer for fort, eller som er varierende nok i lysstyrken til å forårsake klimatisk kaos på noe nærliggende verden.
Med en avstand på 56,3 lysår unna har stjernen 37 Gem ennå ikke vist historiske tegn på å ha slike planeter, eller noen planeter - men fremtidige teleskoper fra NASA og europeiske land ønsker å målrette stjerner akkurat som 37 Gem siden de kanskje kan dele noen av de samme egenskapene som gjorde vårt eget solsystem system beboelig. Mer enn 100 ekstrasolare planeter er hittil funnet ved hjelp av bakkebaserte teleskoper, og estimater for den totale slike planeter i vår galakse kan utgjøre totalt milliarder av kandidatverdener.
Arbeider fra University of Arizona i Tucson, og Maggie Turnbull ble bedt om å lage en kort liste over tretti stjernekandidater som mest lignet andre soler som var i stand til å støtte betingelsene for at livet skulle blomstre. Å starte søket blant stjerner mindre enn hundre lysår unna ga omtrent 2350 stjerner for å vurdere videre.
Turnbull presenterte nylig resultatene sine for en gruppe forskere fra NASAs romteleskop-prosjekt, Terrestrial Planet Finder (TPF), som vil søke etter beboelige planeter ved å bruke synlig lys med "signatur" av vann og / eller oksygen fra en jord- type planet. Etter TPFs planlagte lansering rundt 2013, vil følge det europeiske Darwin-prosjektet som involverer seks romteleskoper.
Stjernelisten ble parert ned fra en enda større liste (17.129 stjerner innen 450 lysår, eller 140 parsek), som Turnbull og rådgiver Jill Tarter ved SETI Institute først publiserte i Astrophysical Journal. Listen ble kjent som katalogen over nærliggende habitable stellarsystemer (eller HabCat). Artikkelen deres som ble publisert i august, med tittelen "Målvalg for SETI: I. En katalog over nærliggende beboelige stjernersystemer", utvidet tidligere kandidatlister med nesten ti ganger, eller en størrelsesorden.
For å støtte det komplekse livet, må en kandidatstjerne være i riktig farge, lysstyrke og alder. Hvis det er en middelaldrende stjerne som vår egen, vil den ha brent gjennom nok smeltbare lette elementer til å produsere tyngre metaller som jern, men ikke så gammel at den kollapser eller så ung at livet bare er et fjernt fremtidsutsikter. Basert på hvilke fragmenter vi vet om hvor komplekst liv dukket opp på jorden, har Turnbulls søk som mål å finne 'Goldilocks' av stjerner som virker 'akkurat passe'.
Så hvorfor 37 perler?
37 Geminorum ligger i den nordvestlige delen av stjernebildet Gemini, oppkalt etter tvillingene. For amatørastronomer med et godt teleskop i hagen er 37 Gem synlige. I gresk mytologi seilte Gemini-tvillingene sammen med Jason i jakten på Golden Fleece; under en storm hjalp tvillingene å redde skipet sitt ARGO fra å synke, og derfor ble stjernebildet høyt verdsatt av sjømenn.
De fleste stjerner som Gem 37 er gruppert i et lite antall spektralklasser, basert omtrent på lysfargen de sender ut. Stjernekompendiet ble kalt Henry Draper Catalogue, og viser spektralklasser i syv brede kategorier, fra de hotteste til de kuleste stjernene. Disse typene er betegnet, i rekkefølge av synkende temperatur, av bokstavene O, B, A, F, G, K og M. Nomenklaturen er forankret i lang foreldede ideer om den stjerneutviklingen, men terminologien er fortsatt. Solen vår, klassifisert i en finere skala som en typisk ‘G2V’ dverg, er omtrent 4,5 milliarder år gammel. Kandidatstjernen, 37 Gem, er tilsvarende middelaldrende, men noe eldre med en milliard år, på 5,5 milliarder år.
Spektrene til stjerner av G-typen som vår egen (og 37 perle) domineres av visse kjemiske elementer, som signalisert av deres karakteristiske spektrallinjer (eller utslipp). Elementene av mest aktuell interesse er metaller, spesielt for stjernesignaturer rike på jern, kalsium, natrium, magnesium og titan. I astronomiske termer, sammenlignet med solens klassifisering som en typisk G2V-dverg, har 37 Gem en litt varmere overflatetemperatur. Dermed er Turnbulls viktigste valg - 37 perler - katalogisert som en G0V-dverg - noe som betyr at det også er en guloransje dvergstjerne i hovedsekvensen. Fordi G-stjerner er preget av tilstedeværelsen av disse metalliske linjene og et svakt hydrogenspektre, deler de en vanlig alder, masse og lysstyrke.
Ellers er 37 perler nær vår egen sol tvilling, eller en Gemini-lignende motstykke til solen: 1,1 ganger vår sols masse, 1,03 ganger dens diameter og 1,25 ganger sin lysstyrke.
Luminosities er "kanskje den viktigste informasjonen", sa Turnbull til Astrobiology Magazine, "vi bruker til å bestemme stjernenes levedyktighet for komplekst liv, fordi lysstyrke indikerer hvilken livsfase stjernen er i, og som igjen dikterer hvor lang tid stjerne vil forbli stabil.
Astrobiology Magazine hadde muligheten til å snakke med Maggie Turnbull ved Steward-observatoriet i Tucson om hvordan man kunne velge fremragende kandidater for brukbarhet.
Astrobiology Magazine (AM): Din nylige undersøkelse begynte å se på rundt 100 lysår fjernt fra solen vår, og alle stjerner innover fra den radius, ikke sant? Det var den visuelle sfæren for å starte søket?
Margaret Turnbull (MT): Det er rundt 2.350 Hipparcos-stjerner i løpet av 30 parsecs (90 lys
år), den maksimale avstanden for oppdraget Terrestrial Planet Finder (TPF). Det er rundt 5000 stjerner innenfor den avstanden, men vi ser bare på Hipparcos-stjerner, så startlisten min er 2.350 stjerner lang.
ER: Har du noen gang fått tak i et teleskop i hagen for å se 37 Gem?
MT: Det skal absolutt være synlig med et teleskop i bakgården, men nei, jeg har ikke sett på det med egne øyne! På grunn av fotometrien (måle lysstyrken) og spektroskopien (måle sammensetningen) jeg har sett på, føler jeg at jeg "kjenner" den uten noen gang å ha sett den.
Imidlertid er det mer å observere for 37 perler. For eksempel trenger vi å gjennomføre høyoppløselig infrarød avbildning av denne stjernen før vi kan si at den skal være et mål - hvis vi oppdager at det er mye søppel som flyter rundt, må vi ta det av listen.
ER: Var stjernen, 37 perler, mye forskjellig fra nummer to på listen over de tretti beste kandidatene?
MT: Egentlig er de “beste” stjernene alle veldig like hverandre, og i virkeligheten gir det ikke så mye mening å prøve å rangere dem. 37 Gem er en av de aller nærmeste stjernene som også tilfredsstiller ingeniørkriteriene, så på dette tidspunktet ser det ut som en veldig god kandidat for TPF-søket.
ER: Hvilken stjerne var offisielt nummer to på listen, bare av nysgjerrighet?
MT: Når du bare skal se på tretti stjerner, er de alle bedre "nummer én." Det vil si at hver stjerne vi observerer, må være av primær interesse for oppdraget, fordi vi ikke har tid til å kaste bort. Vi er fremdeles i ferd med å definere det primære oppdragsmålet.
Hvis målet er å se på spekter av spektraltyper, kan de øverste stjernene inkludere veldig nærliggende K- eller M-stjerner, men hvis målet er å se på 30 av de mest sollignende stjernene, kan stjerner som 18 Sco (en solcelle) tvilling på 14 parsecs i Constellation Scorpius), beta CVn ("hunden"), eller 51 Peg ("Pegasus", den flygende hesten) kan ende opp med å være våre beste spill.
ER: Er det en eller to biter med manglende data som kan hjelpe klassifiseringen med å bli bedre på stjernekandidater?
MT: På dette tidspunktet er høyoppløselig infrarød avbildning det manglende dataet vi definitivt trenger. Vi må vite om disse stjernene har støvete ruskeskiver som vil gjøre det vanskelig å oppdage planeter som går i bane der.
Solen har en betydelig mengde dyrekretsstøv fordi Jupiter hele tiden rører opp asteroidebeltet, og når asteroidene kolliderer legger de støv til solsystemet.
Et lignende støvnivå rundt andre stjerner ødelegger kanskje ikke sjansene våre for å se planeter, men vi vil absolutt gjerne holde det på et minimum.
ER: Hva er dine fremtidsplaner for stjernelisten til støtte for Terrestrial Planet Finder og Darwin-oppdragene?
MT: Jeg har foreløpig ikke presentert min 'endelige' liste for TPF-forskningsarbeidsgruppen 18. og 19. november på US Naval Observatory, under et møte med andre som oppretter sine egne lister.
Jeg har allerede presentert metodikken min for gruppen, men nå skal vi møte ingeniører som vil forklare instrumentets begrensninger, og vi må avgrense listen ytterligere for å imøtekomme kriteriene deres.
Kriteriene deres vil omfatte ting som: kan ikke ha en følgesvennstjerne i flere buesekunder, selv om ledsageren ikke er bekymring for planetstabilitet, fordi det ekstra lyset vil forurense synsfeltet; kan ikke se på stjerner som er svakere enn omtrent sjette. kan bare se på stjerner minst ~ 60 grader fra sola i løpet av hele året, etc.
ER: Du publiserte din første katalog over beboelige stjerner i august i år, og det er en del to til den klassifiseringen. Hva er hovedplanene for del II av HabCat?
MT: Jill Tarter og jeg har nylig sendt inn en annen artikkel på SETI-mållisten som vil vises i Astrophysical Journal Supplements i desember. Denne artikkelen gir en liste over gamle åpne klynger med høy metallitet, de nærmeste 100 stjerner uavhengig av stjernetype, og omtrent 250 000 hovedsekvensstjerner fra Tycho Catalog, som alle vil bli observert av Allen Telescope Array (ATA) når en HabCat stjerne er ikke tilgjengelig for oss å observere.
Den primære ATA-strålen vil bli pekt av radioastronomer, og de vil lage kart med veldig høy oppløsning av sine egne mål, samtidig som vi vil observere HabCat-stjerner (eller stjerner fra listene våre i papir 2) for SETI.
ERTil slutt planlegger oppdragene, Kepler og TPF, hvilke slags forbedringer som vil gi en påvisning av flere jordstørrede planeter, ikke bare gassgiganter, for en gitt stjerne i undersøkelsene?
MT: Ja. Kepler vil gi oss en indikasjon på hvor vanlige terrestriske planeter er ved å se tusenvis av sollignende stjerner for "transitter" - hendelser der planeten faktisk passerer foran stjernen den er i bane rundt og blokkerer litt av stjernens lys midlertidig.
Terrestrial Planet Finder vil følge opp dette ved å faktisk avbilde planeter som går i bane rundt de nærmeste stjernene, og fortelle oss om disse planetene har atmosfærer ved å ta spektra.
Vi kan se etter vann, oksygen og karbondioksid, og hvis vi er heldige, kan vi til og med se noen direkte indikasjoner på liv i form av en vegetasjonssignatur eller sterk atmosfærisk ulikhet, for eksempel samtidig tilstedeværelse av oksygen og metan (pga. til samtidig tilstedeværelse av planter og metanogenbakterier på jorden).
Hva blir det neste
Ethvert oppdrag for å oppdage og spektroskopisk karakterisere terrestriske planeter rundt andre stjerner, må utformes slik at det kan oppdage forskjellige typer jordbaserte planeter med et nyttig resultat. Slike oppdrag studeres nå - Terrestrial Planet Finder (TPF), av NASA, og Darwin av ESA, European Space Agency. Det viktigste målet for TPF / Darwin er å gi data til biologene og atmosfæriske kjemikere.
TPF / Darwin-konseptet henger sammen med antagelsen om at man kan sile ekstrasolare planeter for spedoskopisk brukbarhet. For at en slik antakelse skal være gyldig, må vi svare på følgende spørsmål. Hva gjør en planet beboelig, og hvordan kan de studeres eksternt? Hva er de forskjellige effektene som biota kan ha på spektraene til planetariske atmosfærer? Hvilke falske positiver kan vi forvente? Hva er det med evolusjonshistoriene til atmosfæren? Og spesielt, hva er robuste indikatorer på livet?
TPF / Darwin må kartlegge stjerner i nærheten for planetariske systemer som inkluderer planeter i jordstørrelse i deres beboelige soner (“Jordlignende” planeter). Gjennom spektroskopi må TPF / Darwin avgjøre om disse planetene har atmosfærer og bestemme om de er beboelige.
Kepler-oppdraget er også planlagt lansert i solcellebane i oktober 2006. Kepler er ment som et oppdrag for å bestemme hyppigheten av indre planeter nær den beboelige sonen til et bredt spekter av stjerner. Kepler vil samtidig observere 100 000 stjerner i vårt galaktiske ”nabolag”, på jakt etter jordstørrelser eller større planeter innenfor den ”beboelige sonen” rundt hver stjerne - den ikke-for varme, ikke-for kalde sonen der det kan finnes flytende vann på en planet.
For å markere vanskeligheten med å oppdage en jordstørrelse planet som går i bane rundt en fjern stjerne, påpeker Keplers viktigste etterforsker, William Borucki fra NASA Ames at det vil ta 10.000 jordarter for å dekke solens disk. Et estimat fra NASA sier at Kepler bør oppdage 50 landlige planeter hvis de fleste av dem som er funnet er omtrent Jordens størrelse, 185 planeter hvis de fleste er 30 prosent større enn Jorden og 640 hvis de fleste er 2,2 ganger Jordens størrelse. I tillegg forventes det at Kepler finner nesten 900 gigantiske planeter i nærheten av stjernene sine og omtrent 30 giganter som går i bane rundt Jupiter-lignende avstander fra foreldrenes stjerner.
Fordi de fleste av gassgigantplanetene som hittil er i bane mye nærmere stjernene sine enn Jupiter gjør til Sola, tror Borucki at Kepler vil finne en stor andel planeter ganske nær stjerner i løpet av det fire- til seks år lange oppdraget. Hvis det viser seg å være sant, sier han: "Vi forventer å finne tusenvis av planeter."
Ved å bruke nåværende metoder ville astronomer i dag synes det er veldig vanskelig å oppdage en jordstørrelse planet rundt stjernen 37 Gem. Tidligere analyser har imidlertid utelukket noen valg. For eksempel går en gigantisk planet som vår egen Jupiter eller Saturn ikke rundt 37 perler. Disse studiene har antydet at gigantiske planeter med en tidel til 10 ganger massen av Jupiter ikke eksisterer i nærheten av 37 perler (innen 0,1 til fire astronomiske enheter, eller en jord-solavstand, AU, se også Cummings et al, 1999) . På grunn av utfordringene med å finne svake planeter i nærheten av mye lysere stjerner, er nesten alle de ekstrasolære planetene som hittil er funnet som vår egen Jupiter - massiv, sannsynligvis gassformig og usannsynlig å ha livsvilkår på grunn av deres nærhet til en forelderstjerne .
Men forhold rundt 37 perler kan støtte mindre indre planeter som Venus eller Jorden. Ingen vet. Bare fremtidige undersøkelser vil ha instrumenteringen som er i stand til å finne slike jordlignende planeter.
Modeller av stjerner som 37 perler støtter imidlertid den mulige eksistensen av minst en stabil bane for en jordlignende planet (med flytende vann) sentrert rundt en jord-solavstand (1.12 AU). En slik antatt planet ville gå i bane mellom avstandene mellom Jorden og Mars i solsystemet vårt. Denne uoppdagede planeten, hvis den kan oppdages i fremtidige studier, vil ha et år som varer mer enn 450 dager, eller en omløpsperiode på rundt 1,3 jordår.
Siden det tok omtrent to milliarder år å ta fatt på oksygengenererende liv på jorden, ville stjerner som var mye yngre enn dette, sannsynligvis ikke hatt tilstrekkelig tid til livet til å utvikle seg til noen komplekse former. Gitt de milliarder av årene som kreves for utvikling av liv på jorden, kunne forskere stille spørsmål ved om livet ville ha en sjanse i et kortere levet solsystem. Varmere, mer massive stjerner har alltid blitt ansett som mindre sannsynlig å havnen i livet, men ikke fordi de ville være for varme. Planeter kunne fortsatt glede seg over tempererte klima, bare lenger ut enn Jorden er fra sola, og i baner lenger unna sin egen forelderstjerne. Det første problemet med brukbarhet er tid, ikke temperatur. Varmere stjerner har en tendens til å brenne ut raskere - kanskje for fort til at livet kan utvikle seg der.
Originalkilde: Astrobiology Magazine
