Egzoplaneti su uobičajeni u našoj galaksiji, a neki čak orbitiraju u tzv. nastanjivoj zoni svoje zvijezde. NASA-in svemirski teleskop James Webb intenzivno promatra nekoliko tih malih, potencijalno nastanjivih planeta, a astronomi trenutno marljivo analiziraju podatke s Webba. Dr. Knicole Colón i dr. Christophera Starka, dva znanstvenika projekta Webb iz NASA-inog svemirskog centra Goddard, objašnjavaju izazove u proučavanju ovih drugih svjetova:
Definicija Potencijalno Nastanjivih Planeta
“Potencijalno nastanjivi planet često se definira kao planet sličan Zemlji po veličini koji orbitira u ‘nastanjivoj zoni’ svoje zvijezde, području gdje bi planet mogao imati temperaturu pogodnu za postojanje tekuće vode na svojoj površini. Trenutno poznajemo oko 30 planeta koji bi mogli biti mali, kameni planeti poput Zemlje i koji orbitiraju u nastanjivoj zoni. Međutim, nema jamstva da je planet koji orbitira u nastanjivoj zoni zapravo nastanjiv (može podržavati život), a kamoli naseljen (trenutno podržava život). Trenutno je poznat samo jedan nastanjiv i naseljen planet – Zemlja.”
“Potencijalno nastanjivi svjetovi koje Webb promatra su tranzitirajući egzoplaneti, što znači da su njihove orbite gotovo poravnane tako da prolaze ispred svojih matičnih zvijezda. Webb koristi ovu orijentaciju za provođenje transmisijske spektroskopije kada planet prolazi ispred svoje zvijezde. Ova orijentacija omogućuje nam ispitivanje zvjezdane svjetlosti filtrirane kroz atmosfere planeta kako bismo saznali više o njihovim kemijskim sastavima.”
“Ipak, količina zvjezdane svjetlosti blokirane tankom atmosferom malog kamenog planeta je izuzetno mala, obično manja od 0,02%. Samo detektiranje atmosfere oko ovih malih svjetova je vrlo izazovno. Identificiranje prisutnosti vodene pare, što može podržati mogućnost nastanjivosti, još je teže. Potraga za biopotpisima (biološki proizvedenim plinovima) je izuzetno teška, ali i uzbudljiva.”
Primjeri promatranih egzoplaneta
“Trenutno postoji samo nekoliko malih, potencijalno nastanjivih svjetova koji se smatraju dostupnima za karakterizaciju atmosfere pomoću Webba, uključujući planete LHS 1140 b i TRAPPIST-1 e.” “Nedavni teorijski rad koji istražuje detekciju plinovitih molekula u atmosferi super-Zemlje LHS 1140 b naglašava nekoliko izazova u potrazi za biopotpisima. Rad navodi da bi za pokušaj detekcije potencijalnih biopotpisa, kao što su amonijak, fosfin, klorometan i dušikov oksid, u najboljem scenariju čiste, bezoblačne atmosfere bilo potrebno otprilike 10-50 tranzita planeta oko njegove zvijezde, što je ekvivalent 40-200 sati promatranja s Webbom.”
“Budući da Webb ne može promatrati sustav LHS 1140 tijekom cijele godine zbog položaja sustava na nebu, trebalo bi nekoliko godina, ako ne i skoro desetljeće, za prikupljanje 50 tranzitnih promatranja LHS 1140 b. Potraga za biopotpisima mogla bi zahtijevati čak i više od 50 tranzitnih promatranja ako je atmosfera planeta oblačna. Većina malih egzoplaneta ima oblake ili maglicu koja prigušuje ili skriva signal koji se traži. Atmosferski signali ovih biopotpisnih plinova također se često preklapaju s drugim očekivanim atmosferskim signalima (npr. zbog plinovitog metana ili ugljičnog dioksida), pa je razlikovanje između različitih signala još jedan izazov.”
Istraživanje hipotetskih Hycean (hicejski) planeta
“Jedan od potencijalnih puteva u potrazi za biopotpisima je proučavanje takozvanih ‘Hycean planeta’, koji su teorijska klasa super-Zemlje s relativno tankom atmosferom bogatom vodikom i značajnim tekućim vodenim oceanom. Super-Zemlja K2-18 b je kandidat za potencijalno nastanjiv oceanski (hicejski) planet prema trenutnim podacima s Webba i drugih opservatorija.”
“Nedavno objavljen rad koristio je NIRSpec i NIRISS za detekciju metana i ugljičnog dioksida u atmosferi K2-18 b, ali ne i vode. To znači da tvrdnja da je K2-18 b oceanski svijet s tekućim vodenim oceanom ostaje temeljena na teorijskim modelima, bez izravnih opažajnih dokaza. Autori rada također su naznačili moguću prisutnost potencijalnog biopotpisa dimetil sulfida u atmosferi K2-18 b, ali signal dimetil sulfida je previše slab za konačnu detekciju u trenutnim podacima.”
“Koncept i proučavanje klase hicejskog planeta vrlo su novi, tako da se još uvijek istražuju alternativna tumačenja scenarija s tekućim vodenim oceanom (a time i potencijalom za nastanjivo okruženje). Predstojeća Webbova promatranja pomoću instrumenata NIRSpec i MIRI trebala bi dodatno rasvijetliti prirodu potencijalnog oceanskog planeta K2-18 b i moguću prisutnost dimetil sulfida u njegovoj atmosferi.”
Izazovi u detekciji biopotpisa
“Još jedan faktor koji otežava Webbovo proučavanje malih, potencijalno nastanjivih svjetova je to što i matične zvijezde mogu pokazivati znakove prisutnosti vodene pare. To je istraženo u nedavnim Webbovim promatranjima egzoplaneta poznatog kao GJ 486 b. Stoga imamo dodatni izazov odrediti je li vodena para detektirana od strane Webba zapravo iz atmosfere planeta, a ne iz njegove zvijezde.”
“Detekcija biopotpisa u atmosferama malih, potencijalno nastanjivih tranzitirajućih planeta koji orbitiraju oko hladnih zvijezda izuzetno je težak zadatak, koji obično zahtijeva idealne uvjete (npr. atmosfere bez oblaka) ili pretpostavku ranih Zemljinih okruženja (tj. različitih od moderne Zemlje kakvu poznajemo), detekciju signala značajno manjih od 200 dijelova na milijun, zvijezdu koja se ponaša stabilno bez značajne vodene pare u zvjezdanim pjegama, i značajnu količinu vremena teleskopa za postizanje dovoljnog omjera signal-šum.”
“Također je važno imati na umu da detekcija jednog biopotpisa bilo kojim sredstvom ne predstavlja otkriće života. Otkriće života na egzoplanetu vjerojatno će zahtijevati veliki skup nedvosmisleno detektiranih biopotpisa, podatke iz više misija i opservatorija te opsežne napore modeliranja atmosfere, proces koji će vjerojatno trajati godinama.”
“Snaga Webba je u tome što ima osjetljivost za detekciju i početnu karakterizaciju atmosfera nekoliko najperspektivnijih potencijalno nastanjivih planeta koji orbitiraju oko hladnih zvijezda. Webb posebno ima sposobnost detekcije niza molekula važnih za život, poput vodene pare, metana i ugljičnog dioksida. Naš cilj je saznati što više možemo o svjetovima koji mogu biti potencijalno nastanjivi, čak i ako ne možemo definitivno identificirati nastanjive signale s Webbom.”
“Webbova promatranja, u kombinaciji s istraživanjima egzoplaneta pomoću NASA-inog nadolazećeg svemirskog teleskopa Nancy Grace Roman, konačno će postaviti temelje za budući Habitable Worlds Observatory, koji će biti NASA-ina prva misija namijenjena izravnom snimanju i traženju kemijskih tragova uzrokovanih životom na planetima sličnim Zemlji oko zvijezda sličnih Suncu.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
