U ranim danima istraživanja egzoplaneta ciljevi su bili prilično jednostavni: otkriti što više planeta izvan Sunčeva sustava kako bi se bolje razumjela njihova populacija, i provjeriti nalazi li se ijedan od njih u nastanjivoj zoni oko svoje zvijezde. Tadašnja definicija bila je nužno pojednostavljena: planet je bio u nastanjivoj zoni ako je na odgovarajućoj udaljenosti od zvijezde da na površini može postojati tekuća voda.
Kako se broj poznatih egzoplaneta povećavao, i sama se ideja “nastanjivosti” počela razlagati na nijanse. Znanstvenici često razlikuju optimističnu i konzervativnu nastanjivu zonu. Optimistična nastanjiva zona je šira: uzima u obzir čimbenike poput geotermalnog grijanja koje bi moglo pomaknuti vanjsku granicu prema dalje, kao i čimbenike poput rotacije koji bi mogli spriječiti uvjete snažnog efekta staklenika, čime bi se unutarnja granica mogla približiti zvijezdi. Konzervativna nastanjiva zona je uža. Njezin unutarnji rub je ondje gdje bi planet mogao upasti u uvjete efekta staklenika, dok je vanjska granica ograničenija i definira se mogućnošću da se CO2 kondenzira i “izvuče” iz atmosfere, što bi moglo smanjiti toplinu potrebnu za održavanje tekuće vode na površini.
Novo istraživanje objavljeno u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society predlaže dodatnu razinu preciznosti kroz koncept “umjerene zone” (temperate zone). Istraživanje su predvodile Madison Scott sa Sveučilišta u Birminghamu i Georgina Dransfield sa Sveučilišta u Oxfordu.
Autori naglašavaju: “Kako raznolikost egzoplaneta nastavlja rasti, važno je ponovno preispitati pretpostavke o nastanjivosti i klasične definicije nastanjive zone.” U ranijim radovima pojam “umjeren” koristio se za neke egzoplanete, ali dio istraživača ga nije jasno definirao, dok su drugi nudili vlastite definicije. Neki su ga koristili i kao zamjenu za riječ “nastanjiv”.
“Umjerena zona” definirana zračenjem koje planet prima
Autori predlažu širu kategoriju koju nazivaju “umjerena zona”. Umjesto da odmah govore o tome može li planet imati tekuću vodu na površini, oni ga svrstavaju prema tome koliko energije prima od svoje zvijezde. Taj se pokazatelj zove instellation flux ili insolation flux, mjeri se u vatima po četvornome metru (W/m²) i opisuje koliko zvjezdane energije u prosjeku stiže do površine planeta. U njihovoj definiciji “umjerena zona” obuhvaća planete koji primaju između približno 136 W/m² i približno 6.805 W/m², a za usporedbu navode da Zemlja na vrhu atmosfere prima oko 1361 W/m². Autori to sažimaju ovako: “U ovom radu uvodimo proširenu ‘umjerenu’ zonu… čime obuhvaćamo širi raspon potencijalno nastanjivih svjetova.”
U praksi, taj raspon znači da planet prima približno od 136 W/m² do oko 6.805 W/m². Za usporedbu, Zemlja na vrhu atmosfere prima oko 1361 W/m², pa te brojke daju osjećaj koliko je definicija široko postavljena.
Bit je da je “umjerena zona” namjerno šira od konzervativne nastanjive zone. Konzervativna nastanjiva zona polazi od toga može li planet na površini održavati tekuću vodu. “Umjerena zona”, kako je autori definiraju, okuplja planete koji primaju umjerenu količinu energije od svoje zvijezde, bez tvrdnje da su time automatski nastanjivi u klasičnom smislu.
TEMPOS i dva planeta izvan optimistične nastanjive zone
Rad ujedno služi i kao uvod u program TEMPOS (Temperate M Dwarf Planets With SPECULOOS). SPECULOOS je kratica za Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars, projekt čiji je cilj pronaći planete nalik Zemlji oko vrlo malih i slabih zvijezda. TEMPOS je postavljen konkretnije: želi sastaviti katalog egzoplaneta u zoni umjerenog ozračenja koji tranzitiraju srednje do kasne M-patuljke, odnosno crvene patuljke, uz posebno precizno određene radijuse tih planeta.
Takve su zvijezde važne jer su planeti u toj kategoriji oko njih skloniji tranzitima, pa ih je lakše otkriti. Autori to sažimaju ovako: “To je zato što ravnotežna temperatura planeta ovisi i o velikoj poluosi i o efektivnoj temperaturi zvijezde.” Upravo zbog nižih efektivnih temperatura zvijezda tipa M, a osobito srednje do kasnih M-patuljaka (≤ 3400 K), naglašavaju da su egzoplaneti koji kruže oko takvih zvijezda “daleko vjerojatnije” mete tranzitnih pretraga: “Zahvaljujući nižim efektivnim temperaturama zvijezda tipa M, a osobito srednje do kasnih M-patuljaka (≤ 3400 K), egzoplaneti koji kruže oko takvih zvijezda daleko će vjerojatnije tranzitirati i stoga postati dostupniji tranzitnim pretragama.”
U tom okviru opisuju i dva nova egzoplaneta koja svrstavaju u zonu umjerenog ozračenja, čime se njihovi sustavi pridružuju malom i rijetkom skupu poznatih primjera. Autori navode: “TOI-6716 i TOI-7384 pridružuju se odabranom klubu srednjih tipova, potpuno konvektivnih M-patuljaka za koje je poznato da imaju planete u zoni umjerenog ozračenja.”
Prvi je TOI-6716 b, planet veličine Zemlje s radijusom od oko 0,91 do 1,05 Zemljina radijusa, za koji navode da je najvjerojatnije stjenovit. Drugi je TOI-7384 b, sub-Neptun s radijusom od oko 3,35 do 3,77 Zemljina radijusa, koji bi mogao imati stjenovitu jezgru i debelu atmosferu sastavljenu pretežno od vodika i helija.
TRAPPIST-1
Autori pritom naglašavaju da nijedan od ta dva planeta ne upada ni u optimističnu nastanjivu zonu svoje zvijezde. To formuliraju ovako: “Iako nijedan od ovih planeta ne upada čak ni u optimistične nastanjive zone svojih zvijezda, ovi planeti ispunjavaju inače rijetko naseljeno područje prostora parametara ‘umjerenih’ planeta, nudeći prilike za buduća istraživanja kako se definicije nastanjivosti egzoplaneta budu širile.”
Središnji cilj ovakvog pristupa je izdvojiti egzoplanete koji su dobri kandidati za proučavanje atmosfera. Autori navode da ova dva planeta primaju tok zračenja blizu unutarnjeg, “toplijeg” ruba umjerene zone: “Nalazimo da ovi planeti imaju tok zračenja blizu unutarnjeg (toplijeg) ruba umjerene zone.” Za TOI-6716 b dodaju da mu je predviđena vrijednost pokazatelja transmisijske spektroskopije (TSM) slična onoj kod planeta sustava TRAPPIST-1, pa bi mogao biti dobar kandidat za opažanja svemirskim teleskopom James Webb (JWST), ako je zadržao atmosferu: “Uz to, s predviđenim TSM-om sličnim planetima sustava TRAPPIST-1, TOI-6716 b vjerojatno je dobar stjenoviti cilj za JWST, ako je uspio zadržati atmosferu.” Za TOI-7384 b navode da ga njegova veličina i predviđena masa također čine poželjnom metom za karakterizaciju atmosfere JWST-om, ali i drugim nadolazećim instrumentima.
U zaključku ističu poruku rada i smjer za iduće razdoblje: “Zajedno, ova otkrića pokazuju snagu kombiniranja TESS-a s koordiniranim naporima sa Zemlje kako bi se izgradio katalog planeta u zoni umjerenog ozračenja oko potpuno konvektivnih M-patuljaka za atmosferska istraživanja u nadolazećem desetljeću.”
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
