NASA Nancy Grace Roman kosminis teleskopas ruošiasi žengti didelį žingsnį ieškant pasaulių už mūsų Saulės sistemos ribų, vadinamų egzoplanetomis. Mokslininkai tikisi, kad misijos metu bus atrasta apie 100 000 pasaulių – stulbinantis šuolis, palyginti su beveik 6300 pasaulių, kurie iki šiol buvo rasti NASA misijų, bendradarbiaujančių su kitomis observatorijomis, dėka. Roman teleskopas juos daugiausia turėtų rasti neištirtuose Paukščių Tako regionuose.
Ši menininko koncepcija rodo Paukščių Tako regioną, kurį apims Roman teleskopo tyrimas. Didesnis žvaigždžių tankis šioje kryptyje leis užfiksuoti daugiau nei 50 000 mikrolęšio įvykių, kurie atskleis planetas, juodąsias skyles, neutronines žvaigždes, transneptūninius objektus ir sudarys sąlygas įdomiems žvaigždžių tyrimams. Tyrimas taip pat apims palyginti neištirtą teritoriją, kai kalbama apie planetų paiešką. Tai svarbu, nes planetų formavimosi ir evoliucijos būdas gali skirtis priklausomai nuo to, kur galaktikoje jos yra. Mūsų Saulės sistema yra netoli Paukščių Tako pakraščių, maždaug pusiaukelėje ant vienos iš galaktikos spiralinių vijų. Keplerio kosminio teleskopo tyrimas parodė, kad žvaigždės Paukščių Tako pakraščiuose turi mažiau labiausiai paplitusių planetų tipų, kurie iki šiol buvo aptikti. Roman teleskopas ieškos priešinga kryptimi, galaktikos centro link, ir gali rasti skirtumų ir toje galaktikos kaimynystėje. Nuotrauka: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras / CI laboratorija
„Mūsų galaktikoje yra įvairių aplinkų, tačiau kalbant apie egzoplanetų paiešką, mes iš tikrųjų ištyrėme tik vieną: savo kaimynystę“, – sakė Elisa Quintana, egzoplanetų tyrėja NASA Goddardo kosminių skrydžių centre Greenbelte, Merilande. Quintana vadovauja komandai, kuri kuria programinę įrangą ir modeliavimus, padėsiančius pasiruošti Roman teleskopo egzoplanetų tranzito stebėjimams. „Roman išplės paiešką pakankamai toli, kad apimtų kitas galaktikos buveines, o tai galėtų padėti mums sužinoti, kaip planetų formavimasis skiriasi skirtinguose Paukščių Tako regionuose.“
Dauguma žinomų egzoplanetų yra už kelių tūkstančių šviesmečių nuo Žemės. Tačiau vienas iš pagrindinių Roman tyrimų žvalgys visą Paukščių Tako galaktikos iškilimą – centrą, kuriame žvaigždės yra tankiau suspaustos nei bet kur kitur, – iki pat tolimosios galaktikos pusės pakraščių.
Roman teleskopas stebės žvaigždes, išsibarsčiusias po gilų galaktikos pjūvį, kad pastebėtų bet kokius ryškumo pokyčius. Kai kurios žvaigždės periodiškai pritemsta, kai priešais jas skriejančios planetos praskrieja pro jas. Kitos laikinai paryškėja, kai tarpinės žvaigždės ir aplink jas skriejančių planetų gravitacija sustiprina tolimesnės žvaigždės šviesą dėl reiškinio, vadinamo mikrolęšiu.
Šioje infografikoje pateikiami menininko sukurti mūsų Paukščių Tako galaktikos konceptualūs vaizdai. Joje pabrėžiamos skirtingos galaktikos aplinkos, galinčios turėti įtakos planetų ir potencialiai gyvybės vystymuisi. Galaktikos centre gausu planetas formuojančių elementų (tokių kaip silicis, deguonis ir magnis), kuriuos formuoja daugybė žvaigždžių kartų ir supernovų sprogimų. Planetos ten gali būti dažnesnės arba didesnės, tačiau jas taip pat užlietų tankiai išsidėsčiusių žvaigždžių (įskaitant masyvias, skleidžiančias milžiniškus kiekius didelės energijos ultravioletinės šviesos ir rentgeno spindulių) spinduliuotė. Galaktikos pakraščiuose, kur žvaigždės yra daug labiau išsibarsčiusios, spinduliuotė yra daug silpnesnė, tačiau ten taip pat yra mažiau planetas formuojančių medžiagų. Tarp šių regionų yra galaktikos gyvybei tinkama zona – aukso vidurys, kuriame spinduliuotės lygis ir planetas formuojantys elementai subalansuojasi, padidindami tikimybę, kad pasauliai, kuriuose galėtų egzistuoti gyvybė, egzistuotų. Nuotrauka: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras.
Šie du metodai linkę atskleisti labai skirtingus planetų tipus. Tranzito metodas, kurį Roman naudos maždaug 100 000 pasaulių aptikti, geriausiai tinka gigantiškiems, karštiems pasauliams rasti, nes jie blokuoja daugiausia žvaigždžių šviesos ir dažniau tranzituoja.
Mikrolęšiavimas, kurį Roman teleskopas naudos daugiau nei 1000 pasaulių aptikti, geriau tinka planetoms su didesnėmis orbitomis, tokioms kaip mūsų Saulės sistemoje, kurių gravitaciją galima lengviau atskirti nuo jų žvaigždžių gravitacijos. Mikrolęšio pagalba galima aptikti tokias mažas planetas kaip Žemė ir Marsas, kurios yra tinkamos gyvybei jų žvaigždės zonoje ir net toliau. Tokių planetų kitais metodais beveik neįmanoma aptikti, ir jos praktiškai nežinomos už mūsų Saulės sistemos ribų. Šių dviejų metodų sujungimas padės astronomams tyrinėti planetų formavimąsi visoje galaktikoje, įskaitant Žemės kaiminystę ir už jos ribų.
Šiandien mūsų Saulės sistema yra maždaug už 27 000 šviesmečių nuo Paukščių Tako centro. Tačiau mokslininkai mano, kad ji susiformavo maždaug 10 000 šviesmečių arčiau, o vėliau migravo į dabartinę savo vietą.
Pagrindinė užuomina yra Saulės cheminė sudėtis. Dauguma žvaigždžių, susidarančių galaktikos pakraščiuose, turi mažai sunkiųjų elementų, o tai yra bendras terminas, apibūdinantis bet kokius elementus, išskyrus vandenilį ir helį, kurie susiformavo kartu su Visatos gimimu. Sunkiuosius elementus sukuria žvaigždės, todėl jie dažniau sutinkami tose vietose, kur kūrėsi žvaigždės.
Kaip žvaigždžių chemija formuoja planetas
Žvaigždės galaktikos išsipūtime yra daug senesnės nei Paukščių Tako diske, todėl jų cheminis mišinys šiek tiek skiriasi ir yra turtingesnis tokiais elementais kaip silicis, deguonis ir magnis.
Šie skirtumai yra svarbūs, nes planetos susidaro iš tos pačios medžiagos kaip ir jų žvaigždės. Žvaigždės su skirtinga sudėtimi gali turėti ir kitokių planetų, galbūt uolėtesnių ar didesnių. Tai netgi gali turėti įtakos tam, ar planetos apskritai susidaro, ar kiek jų gravitacija sujungia su kiekviena žvaigžde.
Astronomai jau matė tokių ryšių užuominų netoliese.
„Žvaigždėse, kuriose yra daugiau sunkesnių elementų, paprastai būna daugiau planetų, ypač milžiniškų“, – teigė Robby Wilsonas, NASA Goddardo podoktorantūros bendradarbis, vadovavęs tyrimui apie numatomą Roman teleskopo tranzitinių planetų derlių.
Šiame grafike rodomos šiuo metu žinomos egzoplanetos, paryškintos skirtingos kategorijos. Roman padės užpildyti grafiko apatinį dešinįjį kampą, surasdamas mažus pasaulius didelėse orbitose. Nuotrauka: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras
Didžiulis duomenų rinkimas ir paruošimas
Imdamas visiškai skirtingų žvaigždžių ir planetų populiacijų pavyzdžius, Roman teleskopas pakels šiuos tyrimus į visiškai naują lygį. Astronomai netrukus gali atskleisti, kokios dažnos planetų sistemos, tokios kaip mūsų, yra visame Paukščių Take.
„Roman teleskopas bus ypač galingas, nes stebės šimtus milijonų tolimų žvaigždžių, leisdamas mokslininkams palyginti tolimų planetų populiacijas su netoliese esančiomis“, – sakė Wilsonas. „Visi šie duomenys suteiks mums daug ką išnagrinėti, todėl ruošiamės kurdami sintetinius duomenis, aptikdami imituotas planetas ir naudodami mašininį mokymąsi, kad filtruotume klaidingai teigiamus rezultatus. Tokiu būdu būsime pasiruošę iš karto, kai tik gausime tikrus duomenis.“ Kadangi visi duomenys bus viešai prieinami, prie kitų pasaulių paieškos galės prisijungti kiekvienas.
Žvilgsnis į nežemiškas atmosferas
Mokslininkai taip pat galėtų tyrinėti galbūt kelių tūkstančių tranzitinių planetų, kurias ras teleskopas, atmosferą.
„Nancy Grace Roman teleskopas neanalizuos atmosferų taip išsamiai, kaip tokios misijos kaip NASA Jameso Webbo kosminis teleskopas, tačiau jis rinks kitokią informaciją daug didesniu mastu“, – sakė Wilsonas.
Kol tokie teleskopai kaip „Webb“ ieško išsamių cheminių pirštų atspaudų ant atskirų taikinių, Roman matuos temperatūros modelius ir klimato elgseną tūkstančiams planetų. Misija sukurs bendrą statistinį egzoplanetų atmosferų vaizdą, kurį „Webb“ galėtų panaudoti tolesniems tyrimams.
Roman teleskopo infraraudonųjų spindulių šilumos matymas aptiks švytinčius „karštus Jupiterius“. Maždaug tokio pat dydžio kaip Jupiteris, kuris yra maždaug 11 kartų platesnis už Žemę, karštieji Jupiteriai apskrieja savo žvaigždes vos per kelias dienas. Šie pasauliai yra pakankamai šilti, kad spinduliuotų aptinkamą infraraudonųjų spindulių kiekį.
Planetinėse sistemose su tranzitu skriejančiais karštaisiais Jupiteriais gali būti du pritemimo epizodai: vienas, kai jie praskrieja priešais žvaigždę, ir antras mažesnis, kai jie praskrieja už jos ir žvaigždė užstoja planetos šviesą.
„Šis antrinis pritemimas mums parodo, kokia ryški ir todėl karšta yra planeta“, – sakė Wilsonas. „Stebėdamas, kaip planetos ryškumas kinta jos orbitoje, Roman teleskopas taip pat gali matyti skirtumus tarp dienos ir nakties pusių ir netgi aptikti karščiausio planetos regiono pokyčius. Tai mums pasako apie atmosferos vėjus ir šilumos cirkuliaciją.“
„NASA dabar jau nebenaudojamos „Kepler“ misijos atliktas 100 000 žvaigždžių tyrimas prieš daugiau nei dešimtmetį sukėlė revoliuciją egzoplanetų srityje ir parodė, kad mūsų galaktikoje planetos yra dar dažnesnės nei žvaigždės“, – sakė Jorge Martínez-Palomera, NASA Goddardo astronomas, padedantis ruoštis Roman egzoplanetų duomenims. „Roman teleskopo galaktikos iškilimų tyrimas stebės apie 100 milijonų žvaigždžių ir tirs nepakankamai ištirtas mūsų galaktikos sritis, o tai suteiks pagrindinį duomenų rinkinį, kuris taip pat pakeis mūsų žinias apie kitus pasaulius ir mūsų vietą Visatoje.“
6 stulbinančios kosmoso misijos, kurios bus paleistos po „Artemis II“
Visata yra holograma: kodėl drąsiausia Stepheno Hawkingo teorija gali būti teisinga
Klajojančių egzoplanetų orbitoje esantys mėnuliai galėtų būti tinkami gyvybei – su viena išlyga
„Mokslo sriuba“: VU mokslininkai tiria žvaigždes, aplink kurias galimai skrieja egzoplanetos
Didžiausias egzoplanetų sukinių tyrimas patvirtina seną prognozę