Webb spektroszkópiai vadászata Föld-szerű bolygókra | EatchbQ

SciTechDaily

Által

A NASA James Webb Űrteleszkópja potenciálisan lakható exobolygókat kutat galaxisunkban, olyan kis bolygókra összpontosítva, amelyek a lakható zónában elhelyezkedő elhelyezkedésük miatt támogathatják az életet. Az atmoszféra észlelése, nem is beszélve az életet jelző biosignatúrákról, rendkívül nagy kihívást jelent az ezekről a bolygókról érkező jelek kis mérete és a gazdacsillagok által okozott interferencia miatt. Jóváírás: SciTechDaily.com

Hogy James Webb űrteleszkóp aktívan kutat kicsi, potenciálisan lakható exobolygókat, transzmissziós spektroszkópiával elemzi légköri összetételüket. A folyamatot bonyolítja a kis jelméret és a hosszú megfigyelési idők szükségessége, így az élet biosignatúráinak kimutatása megterhelő feladat.

Az exobolygók gyakoriak galaxisunkban, és néhányan csillaguk úgynevezett lakható zónájában is keringenek. A NASA James Webb űrteleszkópja elfoglalt néhány ilyen kis, potenciálisan lakható bolygó megfigyelésével, és a csillagászok most keményen dolgoznak a Webb-adatok elemzésén. NASA meghívta dr. Knicole Colón és Christopher Stark, a Webb projekt két tudósa a NASA Goddard Űrrepülési Központjában, hogy többet mondjanak el a többi világ tanulmányozásának kihívásairól.

A potenciálisan lakható bolygók meghatározása

“A potenciálisan lakható bolygót gyakran úgy határozzák meg, mint egy Földhöz hasonló méretű bolygót, amely csillagának “lakható zónájában” kering, egy olyan helyen, ahol a bolygó tudott olyan hőmérsékletű, amelyen a folyékony víz tudott felületén létezik. Jelenleg körülbelül 30 bolygót ismerünk, amelyek lehetnek kicsi, sziklás bolygók, mint a Föld, amelyek a lakható zónában keringenek.

“Azonban nincs garancia arra, hogy a lakható zónában keringő bolygó valóban lakható (életet tarthat fenn), nemhogy lakott (jelenleg az életet támogatja). A cikk írásakor csak egy lakható és lakott bolygó létezik. Föld!

G, K és M csillagok összehasonlítása a lakhatóság szempontjából

Ez az infografika a galaxisunkban található három csillagosztály jellemzőit hasonlítja össze: A napszerű csillagok G-csillagok; a napunknál kisebb tömegű és hidegebb csillagok K törpék; és még halványabb és hidegebb csillagok a vöröses M törpék. A lakható zóna mérete csillagosztályonként eltérő. Naprendszerünkben a lakható zóna közvetlenül a Vénusz pályája mögött kezdődik, és majdnem magában foglalja a Marsot. Köszönetnyilvánítás: NASA, ESA és Z. Levy (STScI)

Kihívások az exobolygó légköreinek megfigyelésében

„A Webb által megfigyelt potenciálisan lakható világok mindegyike áthaladó exobolygók, ami azt jelenti, hogy pályájuk csaknem szélén halad, így elhaladnak a fogadócsillagok előtt. Webb ezt a tájolást kihasználva transzmissziós spektroszkópiát végez, amikor a bolygó elhalad csillaga előtt. Ez az orientáció lehetővé teszi számunkra, hogy megvizsgáljuk a bolygók légkörén átszűrt csillagfényt, hogy megismerjük azok kémiai összetételét.

“Azonban egy kis sziklás bolygó vékony atmoszférája által blokkolt csillagfény mennyisége kicsi, jellemzően sokkal kevesebb, mint 0,02%. A légkör egyszerű észlelése e kis világok körül nagyon nehéz. Még nehezebb azonosítani a ​vízgőz, ami erősítheti a lakhatás lehetőségét biosignatures (biológiai úton előállított gázok) rendkívül nehéz, de egyben izgalmas próbálkozás is.


Amikor a exobolygó közvetlenül a gazdacsillaga és a megfigyelő között halad el, azt mondjuk, hogy a bolygó elhalad a gazdacsillaga előtt. Ez a tranzit mérhető mértékben tompítja a csillag fényét, és a csillagfény az exobolygó légkörén is átszűrődik, ha van ilyen. Ez az animáció egyetlen bolygót és a fényszint megfelelő változását mutatja be az áthaladás során. Köszönetnyilvánítás: a NASA Jet Propulsion Laboratory

“Jelenleg csak néhány kicsi, potenciálisan lakható világ áll rendelkezésre a Webb segítségével történő légköri jellemzésre, köztük az LHS 1140 b és a TRAPPIST-1 e bolygók.

Technikai kihívások a biológiai aláírások felfedezésében

“Néhány legújabb elméleti munkája az LHS 1140 b Föld-szuperbolygó légkörében lévő gáznemű molekulák kimutathatóságának feltárása több kihívásra is rávilágít a biosignature keresése során. A munka megjegyzi, hogy a bolygónak hozzávetőleg 10-50 tranzitjára van szükség a gazdacsillag körül, ami 40-200 órányi Webb megfigyelési időnek felel meg, hogy megpróbálják kimutatni a potenciális biológiai jeleket, mint például az ammónia, foszfin, klór-metán és nitrogén-oxidlegjobb esetben tiszta, felhőtlen légkörrel.

A Földhöz hasonló légkör átviteli spektruma

A Föld-szerű légkör szimulált transzmissziós spektruma a napfény hullámhosszát mutatja, amelyet az olyan molekulák, mint az ózon (O3), a víz (H2O), a szén-dioxid (CO2) és a metán (CH4) elnyelnek. (Megjegyezzük, hogy ezen a grafikonon az y tengely a Föld-szerű bolygó légköre által blokkolt fény mennyiségét mutatja, nem pedig a légkörön áthaladó napfény fényességét: a fényerő alulról felfelé csökken.) Modell átviteli spektruma Lisa Kalteneggertől és Zifan Lin 2021 ApJL 909. Köszönetnyilvánítás: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Az exobolygó megfigyelési ütemtervének összetettsége

“Tekintettel arra, hogy Webb nem látja egész évben az LHS 1140 rendszert, mivel a rendszer az égbolton helyezkedik el, több évbe, ha nem is közel egy évtizedbe telne az LHS 1140 b 50 tranzitmegfigyelésének összegyűjtése. A biológiai aláírások keresése szükségessé teheti akár több mint 50 tranzit megfigyelés, ha a bolygó légköre felhős.

“A legtöbb kis exobolygóról ismert, hogy felhők vagy homályok vannak, amelyek tompítják vagy elrejtik a keresett jelet. Az ezekből a biosignatúra gázokból származó atmoszférikus jelek általában átfednek más várható légköri jelekkel (például gáznemű metán vagy szén-dioxid miatt), ezért a különböző jelek megkülönböztetése egy másik kihívás.

Hycean Planets: A kutatás új útja

“A bioaláírások keresésének egyik lehetséges módja a hiceáni bolygók tanulmányozása, amelyek a Föld feletti méretű bolygók elméleti osztálya, viszonylag vékony hidrogénben gazdag légkörrel és jelentős folyékony vizű óceánnal. A szuperföldi K2- A 18b egy potenciálisan lakható Hycean-bolygó jelöltje a Webb és más obszervatóriumok jelenlegi adatai alapján.

“A közelmúltban publikált munkák a NIRSpec-et és a NIRISS-t használták a metán és a szén-dioxid kimutatására a K2-18 b atmoszférájában, de nem a vizet. Ez azt jelenti, hogy az a javaslat, hogy a K2-18 b egy hiceáni világ folyékony vízzel, még mindig elméleti alapokon nyugszik. A munka szerzői felvetették a potenciális biosignature dimetil-szulfid jelenlétét a K2-18b atmoszférában, de a potenciális dimetil-szulfid jel túl gyenge ahhoz, hogy az áramban egyértelműen kimutatható legyen. adat.

A James Webb Űrteleszkóp művész elképzelése

A művész benyomása a James Webb űrteleszkópról. Köszönetnyilvánítás: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

“A hiceáni bolygók osztályának koncepciója és tanulmányozása nagyon új, így a folyékony víz forgatókönyvének (és így a lakható környezet lehetőségének) alternatív értelmezéseit még mindig vizsgálják. A NIRSpec és MIRI műszerekkel végzett Webb-megfigyelések várhatóan további megvilágításba helyezi a potenciális K2-18 b Hycean bolygó természetét és a dimetil-szulfid esetleges jelenlétét a légkörében.

Zavaró tényezők a megfigyelési adatokban

“Egy másik zavaró tényező, amely kihívást jelent Webbnek a kis, potenciálisan lakható világokról szóló tanulmányában, az, hogy házigazda csillagok vízgőz jeleit is mutathatja. Ezt vizsgálták ben legutóbbi Webb-megfigyelések a GJ 486 néven ismert sziklás exobolygóról b. Ezért további kihívást jelent annak meghatározása, hogy a Webb által észlelt vízgőz valóban egy bolygó légköréből származik-e, és nem a csillagától.

Következtetés: Az exobolygótanulmányok jövője

“A biológiai jelek kimutatása a hideg csillagok körül keringő, kisméretű, potenciálisan lakható tranzitbolygók légkörében rendkívül kihívást jelentő feladat, amely általában ideális körülményeket (például felhőmentes légkört) vagy korai földi környezet feltételezését (azaz a moderntől eltérő) igényli. Az általunk ismert Föld), a 200 ppm-nél lényegesen kisebb jelek észlelése, egy jól viselkedő csillag jelentős csillagfoltos vízgőz nélkül, és jelentős mennyiségű teleszkópos idő elegendő jel-zaj viszony eléréséhez.

“Azt is fontos szem előtt tartani, hogy egyetlen bioszignáció észlelése semmiképpen sem jelenti az élet felfedezését. Az élet felfedezéséhez egy exobolygón valószínűleg nagyszámú, egyértelműen észlelt bioszignációra, több küldetésből és megfigyelőközpontból származó adatokra, valamint kiterjedt légköri modellezés, amely valószínűleg évekig tart.

“A Webb ereje abban rejlik, hogy képes felfedezni és jellemezni a legígéretesebb, potenciálisan lakható bolygók légkörét, amelyek hideg csillagok körül keringenek. A Webb különösen képes számos, az élet szempontjából fontos molekula kimutatására, például a vízgőz, a metán és a szén-dioxid. Célunk, hogy a lehető legtöbbet megtudjuk a potenciálisan lakható világokról, még akkor is, ha Webb-vel nem tudjuk véglegesen azonosítani a lakható aláírásokat.

“A Webb megfigyelései a NASA Nancy Grace római űrteleszkópjának exobolygó-vizsgálataival kombinálva végül megalapozzák a jövőt. Lakható Világok ObszervatóriumaEz lesz a NASA első küldetése, amely a Nap-szerű csillagok körüli Föld-szerű bolygók élete által okozott kémiai jelek közvetlen leképezését és keresését célozza meg.”

A szerzőkről:

Knicole Colón a NASA Goddard Űrrepülési Központjának asztrofizikusa a marylandi Greenbeltben, és a James Webb Űrteleszkóp helyettes kutatója az Exoplanet Science projektért.

Christopher Stark a NASA Goddard Űrrepülési Központjának Exobolygók és Csillagok Asztrofizikai Laboratóriumának asztrofizikusa a marylandi Greenbeltben, és az obszervatórium James Webb Űrteleszkóp projektjének helyettes tudósaként szolgál.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *