Valkoisia kääpiötähtiä kiertävät kiviplaneetat voisivat olla täydellisiä paikkoja elämän etsimiseen
Jotkut erittäin tehokkaat teleskoopit näkevät ensimmäisen valon lähitulevaisuudessa. Yksi niistä on kauan odotettu James Webb Space Telescope (JWST.). Yksi JWST:n tehtävistä - ja myös muiden tulevien 'scope' -tehtävien rooli on etsiä biosignatuureja eksoplaneettojen ilmakehästä. Nyt uusi tutkimus osoittaa, että näiden biosignatuurien löytäminen valkoisia kääpiötähtiä kiertäviltä eksoplaneetoilta saattaa antaa meille parhaan mahdollisuutemme löytää ne.
Uusi lehti on nimeltään ' Valkoisten kääpiöiden kautta kulkevien maan kaltaisten planeettojen korkearesoluutioiset spektrit ja biosignatuurit .” Pääkirjoittaja on Thea Kozakis, Cornellin yliopiston Carl Sagan Instituten tohtorikandidaatti. Tutkimus on julkaistu lehdessä Astrophysical Journal Letters .
'Näytämme, mitä spektriset sormenjäljet voivat olla ja mitä tulevat avaruudessa sijaitsevat ja suuret maanpäälliset teleskoopit voivat ottaa huomioon.'
Thea Kozakis, pääkirjailija, Cornellin yliopisto
Valkoiset kääpiöt ovat kiehtovia tähtiä, varsinkin kun kyse on Maan kaltaisten planeettojen metsästämisestä. Vaikka niitä pidetään tähtien jäännöksinä – mikä tarkoittaa, että ne ovat lopettaneet fuusion – ne silti loistavat. Itse asiassa valkoiset kääpiöt voivat pysyä vakaina miljardeja vuosia sen jälkeen, kun ne ovat lopettaneet elementtien sulautumisen. Miljardeja vuosia ne lähettävät varastoitua lämpöenergiaa lämmittäen kaikkia lähellä olevia planeettoja. Tämä tarkoittaa, että kaikilla niitä kiertävillä planeetoilla olevilla elämällä on vakautta, eikä sitä tarvitse käsitellä tappava leimahdus tai muissa vaarallisissa olosuhteissa.
Taiteilijan kuva hypoteettisesta eksoplaneettasta, joka kiertää punaista kääpiötä. Punaiset kääpiöt ovat alttiita voimakkaalle leimahdukselle, ja ne vaikeuttaisivat elämän selviytymistä kaikilla lähellä kiertävillä eksoplaneetoilla. Kuvan ansiot: NASA/ESA/G. Pekoni (STScI)
Valkoiset kääpiöt ovat myös pieniä, mikä tarkoittaa, että kaukoputkien ei tarvitse taistella valtavan loistavan pallon kanssa, kun ne yrittävät tutkia planeettoja kääpiöiden vieressä.
Nyt joukko tutkijoita on keksinyt eräänlaisen työkalupakin, joka auttaa avaruusteleskooppeja ja maateleskooppeja etsimään merkkejä elämästä planeetoilta valkoisten kääpiöiden ympärillä. Lehdistötiedotteessa sitä kutsutaan 'spektrikenttäoppaaksi näille kivimaailmoille'.
'Näytämme, mitä spektriset sormenjäljet voivat olla ja mitä tulevat avaruudessa sijaitsevat ja suuret maanpäälliset teleskoopit voivat ottaa huomioon', Thea Kozakis sanoi lehdistötiedotteessa.
Auringon kaltaiset tähdet voivat olla niin kirkkaita, että niitä kiertäviä planeettoja on vaikea havaita. Kun planeetta kulkee tähtensä edessä ja kun tämä kauttakulku tapahtuu meidän ja tähden välillä, Keplerin ja TESSin kaltaisilla avaruusaluksilla on mahdollisuus havaita ne. Transit-menetelmässä on ongelmia, mutta se on ollut menestynein tapamme löytää eksoplaneettoja. Tähän mennessä vahvistettuja eksoplaneettoja on tuhansia.
'Tällaisen oppaan julkaiseminen antaa tarkkailijoille mahdollisuuden tietää, mitä etsiä.'
Thea Kozakis, pääkirjailija, Cornellin yliopisto
Valkoinen kääpiö esittää omat haasteensa planeettojen havaitsemisessa. Vaikka ne eivät ole yhtä suuria kuin pääsarjan tähti, eivätkä näin ollen niin kirkkaita, niiden pieni koko muodostaa toisen ongelman. Näin pienellä isätähdellä on vielä vaikeampaa nähdä kiertävän planeetan kulkua. On myös vähemmän todennäköistä, että planeetta kulkee meidän ja pienen tähden välillä.
Mutta ne on silti mahdollista havaita.
Valkoisten kääpiöiden ympärillä olevien asioiden havaitseminen on melko uusi kehityssuunta tähtitiedessä. Äskettäin tähtitieteilijät havaitsivat ensimmäistä kertaa roskalevyjä valkoisten kääpiöiden ympärillä. Vuonna 2015 tähtitieteilijöiden ryhmä löysi ainakin yhden hajoavan planetesimaalin kiertää valkoista kääpiötä. Vuonna 2019 toinen tutkimus esitti todisteita valkoista kääpiötä kiertävistä planeetoista. Toinen opiskelu vuodesta 2019 esitti todisteita siitä, että noin yksi 10 000:sta 'spektroskooppisesti havaittavista jättiläisplaneetoista kiertää lähekkäin valkoisten kääpiöiden ympärillä'.
Mutta emme todellakaan tiedä kuinka monta niitä on, ennen kuin pystymme havaitsemaan ne paremmin. Joulukuussa 2019 tähtitieteilijät löysivät a Neptunuksen kokoinen planeetta kiertää valkoista kääpiötä , vaikka siinä tapauksessa kääpiö oli hitaasti tuhoamassa planeettaa.
Tähtitieteilijät ovat löytäneet valkoisen kääpiötähden, joka näyttää olevan katkaistun kaasukiekon ympäröimänä. Levy syntyi luultavasti kaasuplaneetalta, joka repeytyi sen painovoiman vaikutuksesta. Kuvan luotto: Warwick University.
Tähtitieteilijät löytävät todennäköisesti yhä enemmän valkoisia kääpiötähtiä kiertäviä planeettoja. Jotkut niistä ovat Maan kaltaisia. Ja kun he löytävät ne, he haluavat tutkia ilmapiiriä elonmerkkien varalta. Tästä tulee Kozakiksen uusi tutkimus.
'Valkoisten kääpiöiden ympärillä olevat kiviplaneetat ovat kiehtovia luonnehdintoja, koska niiden isännät eivät ole paljon suurempia kuin Maan kokoiset planeetat', sanoi. Lisa Kaltenegger , tähtitieteen apulaisprofessori College of Arts and Sciencesissa ja Carl Sagan Instituten johtaja.
'Toivomme ja etsimme tällaista kauttakulkua', Kozakis sanoi. 'Jos tarkkailemme tällaisen planeetan kulkua, tiedemiehet voivat selvittää, mitä sen ilmakehässä on, palata tähän paperiin, yhdistää sen spektrisiin sormenjälkiin ja etsiä merkkejä elämästä. Tällaisen oppaan julkaiseminen antaa tarkkailijoille mahdollisuuden tietää, mitä etsiä.'
Tämä kuva tutkimuksesta näyttää osan työkalupakin spektreistä. Jokainen kuudesta laatikosta esittelee spektrit planeetan ilmakehän eri alkuaineille ja näyttää myös miltä kukin näyttäisi eri-ikäisen ja -lämpöisen valkoisen kääpiön ympärillä. Kuvan luotto: Kozakis et al, 2020.
Valkoiset kääpiöt jäähtyvät lopulta. Se kestää kauan, mutta lopulta niistä tulee mustia kääpiöitä eivätkä päästä lainkaan lämpöä. Ottaakseen huomioon valkoisten kääpiöiden erilaiset lämpötilat ja värit niiden kehittyessä, tutkijapari rakensi spektrioppaansa kolmen lämpötilan ympärille. He kirjoittavat: 'Tutkitaksemme WD-planeettojen evoluutiota koko isäntänsä jäähtymisen ajan mallinnamme tällaisten planeettojen valokemiaa ja ilmastoa käyttämällä WD-spektrimalleja, jotka on kuvattu julkaisussa Saumon et al. (2014) WD-isännille 6 000, 5 000 ja 4 000 K.'
'Halusimme tietää, voisiko valkoisen kääpiön - kauan kuolleen tähden - tuleva valo havaita elämää planeetan ilmakehässä, jos se olisi siellä', Kaltenegger sanoi. He loivat myös spektrimalleja erilaisille ilmakehille.
Tämä tutkimus keskittyy metaanin, dityppioksidin ja otsonin luomiin spektrisiin biosignatuureihin. Niiden tunnistaminen ei kuitenkaan ole niin yksinkertaista. On taisteltava vääriä positiivisia tuloksia. Silti tämä tutkimus '...laajentaa tieteellisiä tietokantoja spektraalisten elämänmerkkien löytämiseksi eksoplaneetoilta...', kuten lehdistötiedotteessa sanotaan.
Valkoisia kääpiöitä kiertävien planeettojen mahdolliseen elämään liittyy kuitenkin vielä joitain yleisiä kysymyksiä.
Ennen kuin tähdestä tulee valkoinen kääpiö, se käy läpi punaisen jättiläisen vaiheen. Tähti menettää niin paljon massaa, ettei se kestä itseään ja laajenee. Oma aurinkomme käy tämän läpi, ja kun se laajenee, se kuluttaa Merkuriusta, Venusta ja ehkä jopa Maan. Elämä ei todennäköisesti kestä tätä myrskyisää muutosta. Voisiko siis todella olla elämää Maan kaltaisella planeetalla, joka kiertää valkoista kääpiötä?
Valkoisia kääpiöitä on paljon, mutta voisivatko ne tukea elämää? Tämä on taiteilijan vaikutelma valkoisesta kääpiötähdestä (palaneesta) tähdestä, joka kerää kivistä roskaa, jonka tähden elossa oleva planeettajärjestelmä jättää taakseen. Hubble havaitsi sen Hyades-tähtijoukossa. Oikeassa alakulmassa asteroidi voidaan nähdä putoavan kohti Saturnuksen kaltaista pölykiekkoa, joka ympäröi kuollutta tähteä. Kiitos: NASA, ESA ja G. Bacon (STScI)
Kukaan ei tiedä. Planeetat voivat vaeltaa, ja on mahdollista, että planeetta selviäisi tähtensä siirtymisestä pääsarjasta valkoiseksi kääpiöksi. Tai on jopa mahdollista, että elämä voi alkaa uudelleen planeetalla, kun sen isäntätähdestä on tullut valkoinen kääpiö. Loppujen lopuksi valkoiset kääpiöt ovat erittäin vakaita ja pitkäikäisiä.
'Jos löytäisimme merkkejä elämästä planeetoilta, jotka kiertävät kauan kuolleiden tähtien valossa', Kaltenegger sanoi, 'seuraava kiehtova kysymys olisi, selvisikö elämä tähden kuolemasta vai alkoiko kaikki alusta – jos haluatte, toinen synty. .”
Lisää:
- Lehdistötiedote: Pitkään kuolleet tähdet voivat antaa vihjeitä elämästä kosmoksessa
- Tutkimus paperi: Valkoisten kääpiöiden kautta kulkevien maan kaltaisten planeettojen korkearesoluutioiset spektrit ja biosignatuurit
- Universumi tänään: Neptunuksen kokoinen planeetta löydettiin kiertävän kuollutta valkoista kääpiötähteä. Tässä on hullu osa, planeetta on 4 kertaa suurempi kuin tähti