Наразі вчені можуть шукати планети за межами нашої Сонячної системи лише непрямими засобами. Залежно від методу, це включатиме пошук ознак транзиту перед зіркою ( Транзитна фотометрія ), вимірювання зірки на ознаки коливання ( Доплерівська спектроскопія ), шукаючи світло, відбите від атмосфери планети ( Пряме зображення ), і безліч інших методів.
На основі певних параметрів астрономи потім можуть визначити, чи є планета потенційно придатною для життя чи ні. Однак група астрономів з Нідерландів нещодавно випустили дослідження в якому вони описують новий підхід до полювання на екзопланети: пошук ознак полярних сяйв. Оскільки вони є результатом взаємодії між магнітним полем планети та зіркою, цей метод може стати швидким шляхом до пошуку життя!
Щоб зруйнувати його, взаємодія між магнітним полем і зарядженими частинками, які регулярно випускає зірка (він же сонячний вітер), є причиною полярних сяйв. Більше того, наявність цього явища створює радіохвилі, які мають чітку ознаку, яку можна виявити радіообсерваторіями тут, на Землі. Саме це і зробили астрономи з Нідерландів, використовуючи Низькочастотний масив (ЛОФАР).
«Супертерп» LOFAR, частина ядра розширеного телескопа, розташованого в Нідерландах. Авторство: LOFAR/ASTRON
LOFAR – це багатоцільовий сенсорний масив, який поєднується з комп’ютером і мережевою інфраструктурою для обробки надзвичайно великих обсягів даних. Ядро масиву (“ супертерп “) складається з мережі з тридцяти восьми станцій, зосереджених на північному сході Нідерландів з 14 додатковими станціями в сусідніх Німеччині, Франції, Швеції, Великобританії, Ірландії, Польщі та Латвії.
Як вони вказують у своєму дослідженні, яке нещодавно з’явилося в журналі природа , LOFAR зміг виявити тип низькочастотних радіохвиль, які були передбачені від сусідньої зірки – GJ 1151, червоного карлика типу M, що знаходиться на відстані більше 25 світлових років від Землі. Як пояснив в Нью-Йоркському університеті Харіш Ведантам, науковий співробітник ASTRON і провідний автор дослідження заява для преси :
«Рух планети через сильне магнітне поле червоного карлика діє як електричний двигун так само, як велосипедна динамо. Це генерує величезний струм, який живить полярні сяйва та радіовипромінювання на зірці».
Подібні взаємодії між зірками та планетами передбачалися вже понад тридцять років, частково на основі активності полярних сяйв, яка спостерігалася в Сонячній системі. Хоча магнітне поле Сонця недостатньо сильне, щоб створювати такі типи радіовипромінювання в інших місцях Сонячної системи, подібну активність спостерігали на Юпітері та його найбільших супутниках.
Зображення з рентгенівської обсерваторії Чандра та космічного телескопа Хаббл, що показують полярні сяйва на Юпітері. Авторство: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al (рентген); NASA/STScI (оптичний)
Наприклад, взаємодія між сильним магнітним полем Юпітера та Іо (найглибшим із його найбільших супутників) викликає полярні сяйва та яскраві радіовипромінювання, які навіть затьмарюють Сонце на досить низьких частотах. Однак це був перший раз, коли астрономи виявили та розшифрували подібні радіосигнали з іншої зоряної системи.
Як сказав Джо Каллінгем, докторант ASTRON і співавтор дослідження, зазначено :
«Ми адаптували знання з десятиліть радіоспостережень Юпітера до випадку цієї зірки. Давно передбачалося, що збільшена версія Юпітера-Іо існує в системах зірок-планет, і випромінювання, яке ми спостерігали, дуже добре відповідає теорії».
Їхні висновки підтвердила друга команда, дослідження якої детально описано в дослідженні, опублікованому в The Astrophysical Journal Letters .Для свого дослідження Поуп і його колеги покладалися на дані, надані Висока точність радіальної швидкості Planet Searcher North (HARPS-N) інструмент на Національний телескоп Галілео (TNG), розташований на острові Ла-Пальма, Іспанія.
На враженні художника показано, як планета Проксіма b обертається навколо зірки червоного карлика Проксими Центавра, найближчої до Сонячної системи зірки. Авторство: ESO/M. Корнмессер
Використовуючи ці спектроскопічні дані, команда змогла виключити можливість того, що радіосигнали, які спостерігалися від GJ 1151, вироблялися внаслідок взаємодії з іншою зіркою. Як зазначив Бенджамін Дж. С. Поуп, співробітник NASA Sagan в Нью-Йоркському університеті та провідний автор другої статті, пояснив :
«Взаємодіючі подвійні зірки також можуть випромінювати радіохвилі. Використовуючи оптичні спостереження, ми шукали в радіоданих докази зоряного супутника, який маскується під екзопланету. Ми дуже рішуче виключили цей сценарій, тому вважаємо, що найбільш імовірною ймовірністю є планета розміром із Землю, занадто мала, щоб її можна було виявити за допомогою наших оптичних приладів».
Ці знахідки особливо важливі, оскільки вони пов’язані з системою червоних карликів. Порівняно з нашим Сонцем, червоні карлики маленькі, прохолодні й тьмяні, але також є найпоширенішим типом зірок у Всесвіті – на них припадає 75% зірок лише в Чумацького Шляху. Червоні карлики також є дуже хорошими кандидатами для пошуку планет земної групи, розташованих в межах навколосонячної зони проживання (HZ).
Прикладом цього є недавні відкриття, як Далі б (найближча екзопланета за межами нашої Сонячної системи) і сім планет, які обертаються на орбіті ТРАПІСТ-1 . Ці та інші висновки привели астрономів до висновку, що більшість червоних карликів обертається принаймні однією земною (він же кам’яною) планетою.
Враження художника показує кілька планет, що обертаються навколо надхолодної зірки червоного карлика TRAPPIST-1. Авторство: ESO
Однак червоні карлики також відомі своїми сильними магнітними полями та змінною природою, а це означає, що зірки, що обертаються на своїх Гц, будуть піддаватися інтенсивному магнітному та активність спалаху . Подібні висновки викликають значний сумнів у тому, чи може планета, розташована в ГЦ червоного карлика, підтримувати життя дуже довго.
Через це вчені прогнозують, що будь-якій планеті, що обертається навколо зірки червоного карлика, знадобиться сильне магнітне поле гарантувати, що сонячні спалахи та заряджені частинки повністю не видаляють їхню атмосферу і не роблять її абсолютно непридатною для життя. Таким чином, це відкриття пропонує не тільки новий унікальний спосіб досліджувати навколишнє середовище навколо екзопланет, але й спосіб визначити, чи є вони придатними для життя.
Шукаючи низькочастотне радіовипромінювання, астрономи могли не тільки виявляти екзопланети, але й вимірювати силу їх магнітних полів та інтенсивність випромінювання зірки. Ці висновки допоможуть визначити, чи здатні скелясті планети, що обертаються навколо червоних карликів, підтримувати життя.
Художня ілюстрація гіпотетичної екзопланети, що обертається навколо червоного карлика. Авторство зображення: NASA/ESA/G. бекон (STScI)
Поуп і його колеги тепер намагаються використовувати цей метод, щоб знайти подібні викиди інших зірок. У межах 20 світлових років від нашої Сонячної системи існує щонайменше 50 червоних карликів, і багато з них уже мають принаймні одну планету, що обертається навколо них. І команда Ведантама, і Поупа очікують, що цей новий метод відкриє новий спосіб пошуку та характеристики екзопланет.
«Довгострокова мета — визначити, який вплив магнітна активність зірки має на придатність екзопланети, а радіовипромінювання є великою частиною цієї головоломки», — сказав Ведантам. «Наша робота показала, що це життєздатне з новим поколінням радіотелескопів і поставила нас на захоплюючий шлях».
Обов’язково перегляньте це відео про недавнє відкриття, надане ASTRON:
Подальше читання: ASTRON , Нью-Йоркський університет
