Авторы исследования заявляют, что теперь, используя недавно разработанную систему для получения изображений экзопланет в среднем инфракрасном диапазоне, в сочетании с очень долгим временем наблюдения, они могут использовать наземные телескопы для непосредственного получения изображений планет размером примерно в три раза больше Земли в обитаемых зонах. ближайших звезд.
Попытки получить прямое изображение экзопланет – планет за пределами нашей солнечной системы – сдерживаются технологическими ограничениями, что приводит к смещению в сторону обнаружения более удобных для восприятия планет, которые намного больше Юпитера и расположены вокруг очень молодых звезд и далеко. за пределами обитаемой зоны – «золотого пятна», в котором планета может поддерживать жидкую воду. Если астрономы хотят найти инопланетную жизнь, им нужно искать в другом месте.
«Если мы хотим найти планеты с условиями, подходящими для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, мы должны искать каменистые планеты размером примерно с Землю внутри обитаемых зон вокруг более старых, похожих на Солнце звезд», – сказал первый автор статьи Кевин. Вагнер, стипендиат Сагана в программе стипендий Хаббла НАСА в Стюардской обсерватории Аризонского университета.
По словам Вагнера, описанный в статье метод обеспечивает более чем десятикратное улучшение существующих возможностей прямого наблюдения за экзопланетами. По словам Вагнера, большинство исследований по визуализации экзопланет проводилось в инфракрасном диапазоне длин волн менее 10 микрон, останавливаясь лишь на коротком диапазоне длин волн, в котором такие планеты светят наиболее ярко.
«Для этого есть веская причина, потому что сама Земля светит на вас на этих длинах волн», – сказал Вагнер. "Инфракрасное излучение неба, камеры и самого телескопа существенно заглушает ваш сигнал. Но хорошая причина сосредоточиться на этих длинах волн заключается в том, что именно там планета, подобная Земле, в обитаемой зоне вокруг звезды, похожей на Солнце, будет сиять ярче всего."
Команда использовала Очень Большой телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили, чтобы наблюдать нашу ближайшую соседнюю звездную систему: Альфа Центавра, всего 4 звезды.В 4 световых годах от нас. Альфа Центавра – тройная звездная система; он состоит из двух звезд – Альфа Центавра A и B, которые похожи на Солнце по размеру и возрасту и вращаются вокруг друг друга как двойная система. Третья звезда, Альфа Центавра C, более известная как Проксима Центавра, представляет собой красный карлик гораздо меньшего размера, вращающийся вокруг двух своих братьев и сестер на большом расстоянии.
Планета размером не вдвое больше Земли и вращающаяся в обитаемой зоне вокруг Проксимы Центавра уже была косвенно обнаружена посредством наблюдений за изменением лучевой скорости звезды или крошечным колебанием звезды под натиском невидимой планеты.
По словам авторов исследования, в Альфа Центавра A и B могут быть похожие планеты, но методы косвенного обнаружения еще недостаточно чувствительны, чтобы находить скалистые планеты в их более удаленных друг от друга обитаемых зонах, объяснил Вагнер.
«Благодаря прямой визуализации мы впервые можем выйти за эти пределы обнаружения», – сказал он.
Чтобы повысить чувствительность системы формирования изображений, команда использовала так называемое адаптивное вторичное зеркало телескопа, которое может корректировать искажение света атмосферой Земли. Кроме того, исследователи использовали маску, блокирующую звездный свет, которую они оптимизировали для среднего инфракрасного спектра света, чтобы блокировать свет от одной из звезд за раз.
Чтобы обеспечить возможность одновременного наблюдения за обитаемыми зонами обеих звезд, они также впервые применили новую технику, позволяющую очень быстро переключаться между наблюдениями Альфы Центавра A и Альфы Центавра B.
«Мы перемещаем одну звезду и одну звезду с коронографа каждую десятую долю секунды», – сказал Вагнер. «Это позволяет нам наблюдать каждую звезду в течение половины времени, и, что важно, это также позволяет нам вычитать один кадр из следующего кадра, что удаляет все, что по сути является просто шумом из камеры и телескопа."
При использовании этого подхода нежелательный звездный свет и «шум» – нежелательный сигнал от телескопа и камеры – становятся по существу случайным фоновым шумом, который можно дополнительно уменьшить путем наложения изображений и вычитания шума с помощью специального программного обеспечения.
Подобно эффекту наушников с шумоподавлением, которые позволяют слышать тихую музыку поверх постоянного потока нежелательного шума реактивного двигателя, метод позволил команде удалить как можно больше нежелательного шума и обнаружить гораздо более слабые сигналы, создаваемые потенциальные кандидаты в планеты внутри обитаемой зоны.
Команда наблюдала за системой Альфа Центавра почти 100 часов в течение месяца в 2019 году, собрав более 5 миллионов изображений. Они собрали около 7 терабайт данных, которые сделали общедоступными по адресу http: // archive.эсо.орг .
«Это одна из первых специализированных кампаний по съемке экзопланет в течение нескольких ночей, в которой мы суммировали все данные, которые мы накопили за почти месяц, и использовали их для достижения нашей окончательной чувствительности», – сказал Вагнер.
После удаления так называемых артефактов – ложных сигналов, создаваемых инструментами, и остаточного света от коронографа – на окончательном изображении был обнаружен источник света, обозначенный как «C1», который потенциально может намекать на присутствие кандидата на экзопланету внутри обитаемой зоны.
«Есть один точечный источник, который выглядит так, как мы ожидаем от планеты, и который мы не можем объяснить никакими систематическими исправлениями ошибок», – сказал Вагнер. "Мы не на том уровне уверенности, чтобы сказать, что мы обнаружили планету вокруг Альфы Центавра, но есть сигнал, который может быть таковым после некоторой последующей проверки."
Моделирование того, какие планеты в данных, вероятно, будут выглядеть, предполагают, что "C1" может быть планетой размером от Нептуна до Сатурна на расстоянии от Альфы Центавра A, которое аналогично расстоянию между Землей и Солнцем, сказал Вагнер. Однако авторы четко заявляют, что без последующей проверки вероятность того, что C1 может быть связана с каким-то неизвестным артефактом, вызванным самим инструментом, пока не может быть исключена.
Обнаружение потенциально пригодной для жизни планеты в пределах Альфа Центавра было целью инициативы Breakthrough Watch / NEAR, что означает Новые Земли в регионе Альфа Центавра. Breakthrough Watch – это глобальная астрономическая программа, которая ищет планеты, похожие на Землю, вокруг ближайших звезд.
«Мы очень благодарны Breakthrough Initiatives и ESO за их поддержку в достижении еще одной ступеньки к созданию изображений земных планет вокруг наших соседних звезд», – сказал Маркус Каспер, ведущий ученый проекта NEAR и соавтор статьи.
Команда намеревается через несколько лет начать еще одну кампанию по визуализации, чтобы попытаться поймать эту потенциальную экзопланету в системе Альфа Центавра в другом месте и посмотреть, будет ли она соответствовать тому, что можно было бы ожидать, на основе моделирования ее ожидаемого орбита. Дальнейшие подсказки могут быть получены в ходе последующих наблюдений с использованием различных методов.
Ожидается, что следующее поколение сверхбольших телескопов, таких как Чрезвычайно Большой телескоп Европейской южной обсерватории и Гигантский Магелланов телескоп, для которого Аризонский университет производит первичные зеркала, сможет увеличить количество прямых наблюдений за ближайшими звездами.
Вагнер объяснил, что планеты в их обитаемых зонах могут увеличиваться в 10 раз. Среди кандидатов, на которые стоит обратить внимание, – Сириус, самая яркая звезда в ночном небе, и Тау Кита, на котором расположена косвенно наблюдаемая планетная система, которую Вагнер и его коллеги попытаются напрямую отобразить.
"Превращение продемонстрированной здесь способности в обычный режим наблюдения – возможность улавливать тепловые сигнатуры планет, вращающихся в пределах обитаемых зон близлежащих звезд, – изменит правила игры для исследования новых миров и поиска жизни в них. Вселенная ", – сказал соавтор исследования Дэниел Апай, адъюнкт-профессор астрономии и планетологии из УАризоны, который возглавляет финансируемую НАСА программу" Земля в других солнечных системах ", которая частично поддержала исследование.
Финансирование NEAR было предоставлено в основном программой Breakthrough Watch и Европейской южной обсерваторией (ESO). Breakthrough Watch управляется организацией Breakthrough Initiatives, спонсируемой Фондом прорыва. Компания Breakthrough Watch предоставила модернизированные инструменты, которые сделали возможными наблюдения, а ESO предоставило время телескопа.
Полный список авторов и организаций, а также информацию о финансировании можно найти в исследовательской статье «Получение изображений маломассивных планет в обитаемой зоне Альфа; Центавра."
Видео об исследовании Кевина Вагнера «Визуализация экзопланет обитаемых зон вокруг Альфы Центавра» доступно по адресу https: // www.YouTube.com / watch?v = Da2EMPuGu00 & feature = youtu.быть