Астрономы составили список из 45 каменистых миров для поисков внеземной жизни
После многих лет открытия экзопланет с ошеломляющей скоростью астрономы начинают отделять просто интересные объекты от по-настоящему перспективных. Новое исследование выделяет группу каменистых миров, которые могут быть одними из лучших мест для поисков внеземной жизни на сегодняшний день.
Используя данные о тысячах известных экзопланет, исследователи составили перечень из 45 каменистых миров, вращающихся в обитаемых зонах своих звезд — областях, где потенциально может существовать жидкая вода. Каталог, подробно описанный в новом исследовании, опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, предлагает один из самых точных планов для того, на чем астрономам следует сосредоточить свои усилия в поисках внеземной жизни.
Эта работа появляется в ключевой момент. Следующее поколение обсерваторий, таких как космический телескоп Джеймс Уэбб, уже изучает атмосферы далеких миров, а будущие миссии, такие как Habitable Worlds Observatory, скоро вступят в строй. Ученые переходят от простого открытия планет к определению приоритетов — выяснению того, какие из них действительно могут быть пригодны для жизни. «Полученный список каменистых экзопланет в обитаемой зоне позволит наблюдателям формировать и оптимизировать стратегии поиска с помощью наземных и космических телескопов, — пишут исследователи. — А также разрабатывать новые стратегии наблюдения и инструменты для изучения этих миров, отвечая на вопрос о пределах обитаемости поверхности экзопланет».
От тысяч экзопланет к целевому списку
За последние три десятилетия астрономы подтвердили существование более 6000 экзопланет — миров, вращающихся вокруг звезд за пределами нашей Солнечной системы. Однако подавляющее большинство из них мало похожи на Землю. Многие являются газовыми гигантами, раскалены добела или вращаются слишком близко или слишком далеко от своих звезд, чтобы поддерживать жидкую воду.
Вместо того чтобы вести поиск без строгих критериев, в этом новом исследовании ученые сузили круг до планет, которые соответствуют строгому набору требований. Миры должны быть каменистыми и относительно небольшими — не более чем в два раза больше радиуса Земли. Кроме того, они должны вращаться в так называемой обитаемой зоне, где температура поверхности может поддерживать существование жидкой воды.
Проанализировав данные миссии Gaia Европейского космического агентства и Архива экзопланет НАСА, исследователи идентифицировали 45 таких планет в пределах более широкой «эмпирической» обитаемой зоны. Меньшая подгруппа из 24 планет попадает в еще более консервативную область, определяемую передовыми трехмерными климатическими моделями. Ученые до сих пор спорят об истинных границах обитаемости, и разрыв между этими зонами отражает сохраняющуюся неопределенность в отношении того, как атмосферы, облака и вращение планет влияют на климат.
Особую ценность новому каталогу придает то, как именно были отобраны экзопланеты. Исследователи намеренно сосредоточились на мирах, которые могут помочь проверить экстремальные пределы обитаемости. Некоторые вращаются у внутреннего края обитаемой зоны, где неконтролируемый парниковый эффект может испарить океаны. Другие находятся у внешнего края, где вода может замерзнуть, превратив планету в глобальный ледяной щит. Третьи получают примерно такое же количество звездной энергии, как и Земля, что делает их интригующими кандидатами на наличие землеподобных условий. Изучая эти пограничные случаи, ученые надеются уточнить, какие условия действительно позволяют жизни зародиться и существовать.
Исследование также выделяет планеты с необычными формами орбит или эксцентриситетом, которые вызывают драматические колебания температуры в течение года. Наблюдение за тем, как такие миры реагируют на эти колебания, может показать, способна ли жизнь выживать в более динамичных средах, чем предполагалось ранее.
Знакомые имена и новые возможности
Некоторые из наиболее перспективных кандидатов уже хорошо известны астрономам. Например, планеты в системе TRAPPIST-1 по-прежнему привлекают особое внимание. Несколько из этих миров — TRAPPIST-1 d, e, f и g — попадают в обитаемую зону и уже были изучены космическим телескопом Джеймс Уэбб, что дало первые представления об атмосферах каменистых экзопланет. Другие заметные цели включают Проксиму Центавра b — ближайшую к Земле известную экзопланету — и LHS 1140 b — плотный каменистый мир, расположенный примерно в 15 парсеках от нас.
Однако каталог также знакомит и с менее известными именами — планетами, которые до сих пор получали относительно мало внимания, но могут оказаться критически важными в поиске биосигнатур. В общей сложности исследователи идентифицировали 290 планет в пределах более широкой обитаемой зоны, но лишь часть из них соответствует критериям, позволяющим считать их действительно похожими на Землю по составу.
Инструмент для следующего поколения телескопов
Помимо определения целей, исследование предоставляет практическую основу для их наблюдения. Ученые ранжировали планеты на основе их пригодности для различных методов наблюдения, включая трансмиссионную спектроскопию, когда свет звезды фильтруется сквозь атмосферу планеты, и прямое изображение, которое пытается запечатлеть свет самой планеты. Они также рассчитали ключевые показатели, включая метрику трансмиссионной спектроскопии (TSM), которая помогает определить, насколько легко можно изучать атмосферу планеты. Эти рейтинги призваны помочь в использовании мощных современных и будущих инструментов, включая Чрезвычайно большой телескоп и предлагаемые миссии, такие как LIFE — концепцию космического интерферометра, нацеленного на обнаружение биосигнатур. По сути, этот каталог выступает в роли стратегического руководства для следующего этапа науки об экзопланетах.
Долгая перспектива: экзопланеты старше Земли
Пожалуй, самым интригующим аспектом исследования является изучение возраста планет. Среди идентифицированных миров несколько вращаются вокруг звезд, значительно старше Солнца. Это означает, что любая жизнь, которая там могла бы существовать, имела бы дополнительные миллиарды лет на эволюцию. Исследователи обнаружили, что по крайней мере 17 звезд-хозяев в их выборке старше Солнца, что потенциально дает более длительные эволюционные сроки для развития сложных форм жизни. Хотя один только возраст не гарантирует обитаемости, он добавляет еще один уровень интриги. Если жизнь возникает относительно легко при подходящих условиях, более старые планеты могут предложить наилучший шанс найти не просто микробную жизнь, но потенциально и более сложные биосигнатуры. В более умозрительном смысле они также могут представлять собой одни из самых убедительных целей в поисках разумной внеземной жизни. В конце концов, если технологическим цивилизациям требуются огромные промежутки эволюционного времени для появления, миры, у которых было на миллиарды лет больше времени, могут быть одними из самых многообещающих мест для поиска.
«Отчаянные» цели
Новый каталог следует рассматривать не столько как окончательную инвентаризацию обитаемых миров, сколько как более точный ориентир для того, куда смотреть дальше. Исследователи отмечают, что неопределенности в основных звездных данных, таких как температура и размер звезды, могут смещать некоторые планеты внутрь обитаемой зоны или за ее пределы. Если учесть эти неопределенности, количество каменистых миров, которые могут подходить под критерии, вырастает с 45 до 54 или даже 73. Такое движение отражает реальность: наука об экзопланетах быстро развивается, и новые данные могут быстро изменить представление о том, какие миры кажутся наиболее перспективными. Но это также показывает, как далеко продвинулся поиск. Астрономы больше не просто открывают экзопланеты. Они начинают определять, какие из них заслуживают самого пристального внимания в поисках жизни.
Подчеркивая важность этого сдвига от открытия к определению приоритетов, соавтор исследования и директор Института Карла Сагана доктор Лиза Калтенеггер сослалась на научно-фантастический роман Энди Вейра «Проект "Аве Мария"», недавно экранизированный с Райаном Гослингом в главной роли. В этой истории выживание человечества зависит от того, чтобы определить далекий мир, где жизнь зародилась в инопланетных условиях, и отправить туда рискованную межзвездную миссию. Такое путешествие в настоящее время существует только в области научной фантастики, но это исследование предлагает нечто вроде ранней карты или перечня направлений, которые однажды могут подсказать, куда смотреть в первую очередь. «Как прекрасно иллюстрирует «Проект "Аве Мария"», жизнь может быть гораздо более универсальной, чем мы сейчас себе представляем, поэтому выяснение того, какие из 6000 известных экзопланет с наибольшей вероятностью могут быть домом для внеземных существ, таких как Астрофаги и Таумоебы — или Рокки — может оказаться критически важным, и не только для Райана Гослинга, — заявила доктор Калтенеггер. — Наша работа показывает, куда вам следует отправиться в поисках жизни, если бы мы когда-нибудь построили космический корабль "Аве Мария"».