Intensyfikacja poszukiwań planety przy Proxima Centauri

Autor: Paul Gilster, autor Centauri Dreams

Zawsze będzie jakaś ‘proxima’—gwiazda najbliższa naszej własnej—ale nie zawsze będzie to Proxima Centauri, która za kilkadziesiąt tysięcy lat bez wątpienia zmieni nazwę, być może na Alfa Centauri C lub coś w tym stylu. Żyjemy w bardzo dynamicznym wszechświecie, gdzie czerwony karzeł Ross 248 stanie się (za jakieś czterdzieści tysięcy lat) nową ‘proximą.’ Możemy także spodziewać się, że gwiazdy z czasem znajdą się znacznie bliżej nas niż aktualnie Proxima Centauri. Gdy wybierzemy się 1,4 miliona lat w przyszłość to GL 710 zbliży się na około 50 000 AU (jednostek astronomicznych – AU, równych odległości Ziemi od Słońca). Gdy wybierzemy się w podróż w czasie w przeciwnym kierunku, to trzy miliony lat temu jasny dzisiaj układ Alfa Centauri byłby niewidoczny gołym okiem.

700px-Near-stars-past-future-en.svg_
Najbliższe nam gwiazdy w zakresie od 20,000 lat temu do 80,000 lat w przyszłości.

W tym bezustannym tańcu ciał niebieskich, najbliższa nam gwiazda zawsze będzie zwracała uwagę społeczeństw technologicznych szukających życia gdzie indziej, rozważających strategie wysyłania sond w przestrzeń międzygwiezdną. Najbliższa gwiazda szczególnie przyciąga poszukiwaczy planet pozasłonecznych – tak też jest w przypadku całego układu Alfa Centauri składającego się z Centauri A oraz B oraz – jeżeli rzeczywiście związana jest z nimi grawitacyjnie, a tak się wydaje – Proximy Centauri. Co za wspaniała wiadomość, że w ramach projektu Pale Red Dot planowana jest trwająca dwa miesiące kampania obserwacyjna mająca na celu poszukiwanie potencjalnych analogów Ziemi w pobliżu Proxima Centauri za pomocą spektrografu HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) zainstalowanego na 3.6-metrowej średnicy teleskopie ESO w La Silla. Nocny monitoring rozpocznie się 18 stycznia 2016 roku.

Odkryta w 1915 roku przez szkockiego astronoma Roberta Innesa Proxima Centauri od samego początku pobudza naszą wyobraźnię. Dla pisarza science fiction Roberta Heinleina, owa gwiazda stała się celem statku kosmicznego Vanguard, który transportował załogi, które żyły i umierały na pokładzie statku w dwóch wydanych w latach czterdziestych XX wieku krótkich opowiadaniach, które tworzą jego powieść Orphans of the Sky. Murray Leinster już wcześniej nazwał tą gwiazdę naszym głównym celem w opowieści z 1935 roku pt. “Proxima Centauri.” I choć Centauri B ostatnio zwracała największą uwagę z racji odkrycia wciąż niepotwierdzonej, a ostatnio nawet poddawanej w wątpliwość planety Centauri Bb, to jednak Proxima Centauri skupia teraz najwięcej uwagi poszukiwaczy planet pozasłonecznych.

Znaleźć tranzytującą planetę

Znajdujący się w odległości 4,218 lat świetlnych od Słońca czerwony karzeł byłby ledwo widoczny nawet z planety krążącej wokół Centauri A lub B. Oddalona od nich o zaledwie 15 000 AU Proxima jest na tyle mała i słaba, że każdemu astronomowi z układu Alfa Centauri uświadomienie sobie jej bliskości mogłoby zająć sporo czasu, i doszłoby do tego tylko wtedy gdy Proxima akurat zbliżyłaby się i jej ruch własny zostałby zauważony. Byłby to co prawda obiekt dostrzegalny gołym okiem, ale przy jasności zaledwie 3,7 magnitudo z pewnością nie wyróżniałby się na niebie. Niemniej jednak mógłby wywierać istotny wpływ na dwie większe gwiazdy. Niedawno nawet Greg Laughlin oraz Jeremy Wertheimer (UC­Santa Cruz) spekulowali, że Proxima mogłaby zaburzać komety z dysku wokół tego układu podwójnego, który może otaczać obie gwiazdy, dostarczając w ten sposób wodę na krążące wokół nich planety.

Czy faktycznie w pobliżu Proximy istnieją planety pozostaje kwestią otwartą. Aby ją rozwiązać używa się różnych sposobów poszukiwania egzoplanet. Ostatnio używaną metodą było poszukiwanie tranzytów przez Davida Kippinga (CfA) za pomocą teleskopu kosmicznego MOST (Microvariability & Oscillations of STars) Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej. W ramach projektu, który rozpoczął się latem 2014 roku zebrano dane z 13 dni, a w 2015 roku z kolejnych 30 dni. Wyniki analizy zebranych danych zostaną ogłoszone latem 2016 roku. Niewielki i niedrogi instrument – MOST najbardziej znany jest jako teleskop, który odkrył tranzyt planety 55 Cancri e, która krąży wokół planety widocznej z Ziemi gołym okiem. To pierwsza gwiazda widoczna gołym okiem, przy której odkryto planetę za pomocą metody tranzytu.

Proxima Centauri
Proxima Centauri

Odkrycie tranzytu, wyśledzenie spadku jasności podczas przejścia planety na tle tarczy gwiazdy macierzystej, widzianego przez MOST, umieściłoby ten teleskop kosmiczny w annałach historii. Badania tranzytów mają swoje zalety w przypadku małych gwiazd takich jak Proxima Centauri. Rozmiary Proximy to zaledwie 1/10 rozmiarów Słońca. Każda potencjalnie przyjazna życiu planeta powodowałaby stosunkowo głęboki spadek jasności gwiazdy, ponieważ rozmiar planety w stosunku do gwiazdy jest znaczący – zupełnie inaczej jest w przypadku niewielkich planet krążących wokół dużo większych gwiazd klasy G- lub F-.

Planeta w soczewce grawitacyjnej

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne to kolejny ze sposobów, który może pomóc w szukaniu planet krążących wokół Proximy – stwierdził Kailash Sahu (Space Telescope Science Institute) w 2013 roku gdy zauważył, że gwiazda o tak dużej prędkości kątowej na niebie może często przesłaniać dużo dalsze obiekty kosmiczne. W przypadku mikrosoczewkowania bliższe obiekty powodują efekt soczewkowania źródła światła znajdującego się dalej, gdy jego promieniowanie zostaje zakrzywione przez czasoprzestrzeń – zjawisko przewidziane przez Einsteina. Przesłonięcie odległej gwiazdy przez Proximę może pozwolić na zauważenie jednej lub większej liczby planet, gdy stworzą one własne soczewki już po przejściu Proximy Centauri powodujące delikatne pojaśnienie obrazu gwiazdy tła.

Sahu zaobserwował dwa zjawiska zakrycia, pierwsze było przejściem przed gwiazdą tła o jasności 20 magnitudo w październiku 2014 roku, drugie natomiast zasłonięciem gwiazdy o jasności 19.5 magnitudo w lutym 2016 roku. Przy wykorzystaniu obu przypadków powinno być możliwe zmierzenie masy Proximy z dokładnością do pięciu procent. Kosmiczny Teleskop Hubble’a, Bardzo Duży Teleskop (ESO VLT w Chile) oraz kosmiczny teleskop Gaia zdolne są do pomiarów z dokładnością do 0.2 milisekund łuku, podczas gdy zmiana położenia obu gwiazd tła spowodowana przez masę Proximy szacowana jest odpowiednio na 0.5 i 1.5 milisekundy łuku.

Pomiary gwiezdnych ‘wahań’

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne może ujawnić lub nie ujawnić obecność planety na orbicie wokół Proxima Centauri, jednak gwiazda ta była także przedmiotem kilku badań wykorzystujących analizę prędkości radialnych, w których analizuje się charakterystyczne zmiany ruchu gwiazdy. Taki sygnał objawia się niezmiernie małym przesunięciem dopplerowskim spowodowanym przez planetę krążącą wokół gwiazdy. Stąd gwiazda delikatnie przesuwa się raz w naszym kierunku, raz w przeciwnym. Możemy śledzić te ‘wahania’ ekstremalnie czułymi spektrografami – tego rodzaju pomiary dla Proxima Centauri zostały wykonane przez Michaela Endl (UT­Austin) oraz Martina Kürster (Max­Planck­Institut für Astronomie) przy użyciu danych obserwacyjnych obejmujących 7 lat obserwacji za pomocą spektrografu UVES zainstalowanego na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Paranal (Chile).

Górny limit masy planety, która może być wykryta w pobliżu Proxima Centauri w oparciu o obserwacje M. Endla i M. Kürstera. Ekostrefę zaznaczono kolorem zielonym. Zdjęcie: Endl & Kürster, A&A, 488, 1149.
Górny limit masy planety, która może być wykryta w pobliżu Proxima Centauri w oparciu o obserwacje M. Endla i M. Kürstera. Ekostrefę zaznaczono kolorem zielonym. Zdjęcie: Endl & Kürster, A&A, 488, 1149.

Nie udało się wykryć żadnej planety, ale to jeszcze nie koniec badań, bowiem teraz wiemy jakiego rodzaju planet z pewnością nie ma wokół Proxima Centauri. Endl oraz Kürster nie znaleźli żadnej planety o masie Neptuna lub większej, w odległości do 1 AU od gwiazdy. Wiemy także co nieco o tzw. ‘super-Ziemiach’ – planetach skalistych masywniejszych od Ziemi – badacze nie znaleźli żadnej planety tego typu większej od 8,5 mas Ziemi krążącej po orbicie, krótszej niż 100 dni.

Zatem wciąż nie wykluczamy istnienia planet, a jedynie zaczynamy określać czego jeszcze nie sprawdziliśmy. Naukowcy nazywają ekostrefą obszar wokół gwiazdy, gdzie na powierzchni planety może istnieć woda w stanie ciekłym. W przypadku Proxima Centauri taka strefa rozciąga się w zakresie odległości od 0.022 do 0.054 AU od gwiazdy, czyli na orbitach między 3,6 a 13,8 dni. W tym rejonie wokół Proxima jeszcze niczego nie znaleźliśmy. Możemy jedynie stwierdzić, że nie ma tam  super-Ziemi o masie 23 mas Ziemi na orbitach kołowych.

Mając te ograniczenia na uwadze warto zauważyć badania astrometryczne prowadzone przez G. Fritz Benedicta (McDonald Observatory) w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku przy wykorzystaniu teleskopu Hubble’a, których celem było precyzyjne określenie położenia Proxima Centauri na niebie.  Po połączeniu tych badań z badaniami astrometrycznymi prowadzonymi w 2013 roku przez  Lurie (Research Consortium on Nearby Stars), nie wykryto żadnych planet. Oznacza to, że wokół Proximy nie krążą żadne planety o masie większej od masy Jowisza na orbitach od 0.14 do 12.6 lat.

Co można znaleźć w ramach projektu Pale Red Dot 

Badania prędkości radialnych w ramach kampanii obserwacyjnej Pale Red Dot skupiają się na celu, który może otworzyć pełną paletę możliwości. Jaka jest szansa na istnienie życia jeżeli uda nam się znaleźć planetę w ekostrefie wokół Proxima Centauri? Tutaj musimy wziąć pod uwagę dwie kwestie. Tak jak na wielu innych młodszych karłach typu M, na Proximie może dochodzić do nagłych, gwałtownych rozbłysków powodujących gwałtowne zmiany jasności zauważalne dla obserwatorów na Ziemi oraz kaskady cząsteczek zabójczych dla jakichkolwiek form życia występujących na potencjalnej planecie.  To może (lub nie) prowadzić do powstania niszy ewolucyjnej jeżeli owe formy życia przystosują się do możliwych lawin energetycznych cząsteczek; w jaki sposób można się do nich przystosować – pozostaje w sferze spekulacji.

Równie istotna jest możliwość znalezienia planety w ekostrefie na tyle blisko gwiazdy macierzystej, że planeta może pozostawać w rotacji synchronicznej, w której jedna strona planety zawsze zwrócona jest w stronę gwiazdy. Na planecie tego typu, gdzie gwiazda nie przesuwa się po niebie mamy do czynienia z ciągłą nocą na jednej – prawdopodobnie bardzo chłodnej – półkuli planety i ciągłym dniem na drugiej. Na szczęście modele opracowane przez Jérémy’ego Leconte (University of Toronto) i jego współpracowników wskazują, że obecność atmosfery może w dużej mierze pomóc w dystrybucji temperatur na całej planecie, tak aby po obu jej stronach występowały zbliżone, umiarkowane warunki atmosferyczne.

Co więcej, trójwymiarowe symulacje pogody opracowane przez Jun Yanga and Doriana Abbota (obydwoje z University of Chicago) oraz Nicholasa Cowana (Northwestern University) wskazują, że po stronie stale zwróconej do gwiazdy powstałyby wysoce nieprzezroczyste chmury w rejonie nieba, na którym bezpośrednio znajdowałaby się gwiazda. Tego rodzaju chmury mogłyby ustabilizować atmosferę powodując efekt ochłodzenia w umiarkowanych rejonach półkuli dziennej. W najnowszych badaniach prowadzonych przez Xaviera Delfosse (IPAG, Grenoble) dopuszcza się także możliwość istnienia planet w ekostrefie, które znajdują się w rezonansie spin-orbitalnym, ale niekonieczne w rotacji synchronicznej. Możliwość istnienia życia na planetach krążących wokół czerwonych karłów jest zatem wciąż kwestią otwartą.

Czerwone karły takie jak Proxima Centauri odpowiadają za nawet 80 procent gwiazd w naszej galaktyce, co oznacza możliwość istnienia dziesiątek miliardów planet, które mogą znajdować się w ekostrefie wokół swoich gwiazd macierzystych. Około 100 takich gwiazd znajduje się stosunkowo blisko Ziemi, jednak Proxima szczyci się tytułem najbliższej nam gwiazdy po Słońcu. Z uwagi na odległość – 4.2 lata świetlne, jest to miejsce do którego być może będziemy mogli kiedyś dotrzeć wykorzystując technologie takie jak żagle napędzane laserami lub mikrofalami, jednak nawet przy prędkościach rzędu 10% prędkości światła taka sonda potrzebowałaby czterech dekad, aby dotrzeć do Proxima Centauri. Tym co może nas skłonić do realizacji takiej misji może być odkrycie planety w ekostrefie wokół tej gwiazdy – to byłaby inicjatywa, której przyklasnęliby wszyscy naukowcy pracujący nad poszukiwaniem planet pozasłonecznych. Dodatkową zachętą do realizacji takiego przedsięwzięcia jest obecność gwiazdy typu K – Centauri B oraz podobnej do Słońca gwiazdy typu G – Centauri A zaledwie 15 000 AU dalej.

gilster

O autorze: Paul Gilster prowadzi i pisze do Centauri Dreams (http://www.centauri-dreams.org), gdzie śledzi stały rozwój badań międzygwiezdnych – od napędów przez badania egzoplanet do SETI. Pisanie jest jego głównym zajęciem przez ostatnie trzydzieści pięć lat. W tym czasie napisał Centauri Dreams: Imagining and Planning for Interstellar Flight (Copernicus, 2004) oraz Digital Literacy (John Wiley & Sons, 1997). Jest także jednym z założycieli Tau Zero Foundation gdzie jest głównym dziennikarzem. Organizacja ta wyrosła z prac rozpoczętych w ramach programu NASA o nazwie Breakthrough Propulsion Physics i jej zadaniem jest poszukiwanie funduszy, które zostaną przeznaczone na badania nad zaawansowanymi koncepcjami napędu misji międzygwiezdnych. Gilster ma swój udział w licznych publikacjach technologicznych i biznesowych oraz publikował eseje, recenzje i fikcję zarówno ze świata przestrzeni kosmicznej i technologii.

Źródło: Artykuł pochodzi z projektu Pale Red Dot, Puls Kosmosu jest odpowiedzialny za polską wersję serwisu. #palereddot

Artykuł opublikowano pod adresem: https://palereddot.org/pl/intensifying-the-proxima-centauri-planet-hunt/

12496454_1493972584245167_2335486310168660707_o