Благодаря новым достижениям, сообщенным в журнале Nature Communications, международной группе астрономов удалось сфотографировать планеты, которые потенциально могут поддерживать жизнь около ближайших звезд.
Благодаря разработанной системе получения изображений экзопланет в среднем инфракрасном диапазоне и продолжительным наблюдениям авторы исследования утверждают, что теперь можно получать прямые изображения планет размером примерно в три раза больше Земли в обитаемых зонах близлежащих звезд с помощью наземных телескопов.
Поиск экзопланет — планет вне Солнечной системы — ранее был затруднён техническими барьерами. Это привело к обнаружению крупных планет, обращающихся вокруг молодых звёзд и находящихся за пределами жилой зоны — «зоны наилучшего восприятия», где может существовать жидкая вода. Для поиска внеземной жизни астрономы должны рассмотреть другие области исследования.
«Чтобы обнаружить планеты с условиями, подходящими для жизни, нам известного типа, нужно искать скалистые планеты размером примерно как Земля в обитаемой зоне возле более древних звезд, подобных Солнцу. — сказал первый автор статьи Кевин Вагнер, стипендиат программы стипендий Хаббла НАСА в Стюардской обсерватории Аризонского университета.
В статье представлен метод, который превосходит существующие способы визуализации экзопланет более чем в десять раз, заявил Вагнер. По словам Вагнера, большинство исследований в области визуализации экзопланет сосредотачивались на инфракрасном диапазоне длин волн до 10 микрон, ограничиваясь этим диапазоном из-за наибольшей яркости планет в нём.
«Вагнер объяснил: «Есть веская причина, ведь сама Земля излучает свет на этих длинах волн. Инфракрасные лучи с неба, камеры и самого телескопа заглушают ваш сигнал. Но хорошая причина сосредоточиться именно на них – это то, что именно там планета в жилой зоне вокруг звезды, похожей на Солнце, будет сиять ярче всего». «.
Команда применила к изучению огромный телескоп. VLTЕвропейская южная обсерватория в Чили предназначена для наблюдения за ближайшей к нам звездной системой — Альфа Центавр, находящейся всего в 4,4 световых годах от Земли. Альфа Центавр — тройная звездная система, состоящая из двух звезд — Альфа Центавра А и В — похожих на Солнце по размеру и возрасту, вращающихся друг вокруг друга как двойная система. Третья звезда, Альфа Центавра С, более известная как Проксима Центавра, представляет собой меньший красный карлик, вращающийся вокруг своих собратьев на большом расстоянии.
Планета, размером не больше чем в два раза превышающая Землю и вращающаяся в обитаемой зоне вокруг Проксимы Центавра, уже косвенно обнаружена благодаря наблюдению за изменением радиальной скорости звезды или крошечным колебанием звезды под действием притяжения невидимой планеты. Авторы исследования полагают, что Альфа Центавра А и В могут содержать похожие планеты, но косвенные методы обнаружения пока недостаточно чувствительны для нахождения каменистых планет в их более широко разделенных обитаемых зонах, говорит Вагнер.
«Прямая визуализация открывает путь за границы традиционного обнаружения. «, — сказал он.
Для повышения чувствительности системы визуализации команда применила адаптивное зеркало вторичного телескопа, способное корректировать искажение света земной атмосферой. Также исследователи использовали маску, заслоняющую свет звезд, оптимизированную для среднеинфракрасного диапазона. спектра светаЧтобы заблокировать свет от одной звезды одновременно, учёные разработали новую технику. Для одновременного изучения обитаемых зон обеих звезд появилась возможность очень быстро переключаться между наблюдением Альфы Центавра А и Альфы Центавра Б.
«Через каждые десять секунд переносим одну звезду на коронограф и одну звезду с коронографа. «, — сказал Вагнер. «Это даёт возможность увидеть каждую звезду в течение половины времени, а ещё – вычесть один кадр из следующего, что устраняет шум от камеры и телескопа. «
Этот подход позволяет свести к минимуму нежелательный свет звезд и «шум» — лишние сигналы изнутри телескопа и камеры, создающие по существу случайные фоновые шумы. Складывая изображения и вычитая шумы с помощью специального программного обеспечения, можно еще больше уменьшить их влияние.
Как наушники с шумоподавлением позволяют слышать тихую музыку поверх постоянного гула реактивного двигателя, эта техника помогла команде подавить ненужные помехи и обнаружить значительно более слабые сигналы, исходящие от потенциальных кандидатов на планету внутри обитаемой зоны.
В 2019 году команда наблюдала систему Альфа Центавра почти 100 часов в течение месяца, собрав более 5 миллионов изображений. В результате было собрано около 7 терабайт данных, которые опубликованы на сайте http://archive.eso.org.
«В ходе этой кампании, одной из первых по сбору изображений экзопланет, за несколько ночей провели суммирование данных, собранных в течение месяца, для повышения чувствительности. «, — сказал Вагнер.
Удалив артефакты — ложные сигналы, создаваемые приборами, и остаточный свет из коронаграфа, окончательное изображение показало источник света, обозначенный как «С1», который может указывать на экзопланету в обитаемой зоне.
«Один точечный источник похож на ожидаемую планету, но его нельзя объяснить с помощью корректировки ошибок. «, — сказал Вагнер. «У нас недостаточно данных для утверждения о существовании планеты около Альфы Центавра, но зафиксирован сигнал, требующий дальнейшего исследования. «.
Построение моделей возможного внешнего вида планет в этих данных предполагает, что «С1» могла бы быть планетой размером от Нептуна до Сатурна на расстоянии от Альфы Центавра А, сравнимом с дистанцией между Землей и Солнцем, указал Вагнер. Авторы подчеркивают, что без дальнейших исследований возможность того, что «С1» является следствием неизвестного артефакта, возникшего вследствие самого инструмента, пока нельзя исключить.
Программа «Новые Земли в районе Альфы Центавра» (Breakthrough Watch/NEAR) ставила целью поиск потенциально обитаемой планеты в пределах системы Альфы Центавра. Breakthrough Watch — это глобальная астрономическая программа, ищущая планеты Земного типа вокруг ближайших звезд.
Через несколько лет команда планирует запустить новую кампанию по сбору изображений этой потенциальной экзопланеты в системе Альфа Центавра, чтобы проверить, соответствует ли она ожиданиям, основанным на моделировании ее орбиты. Дополнительные сведения получены благодаря последующим наблюдениям с использованием разных методов.
Следующее поколение сверхбольших телескопов, например Сверхбольшой телескоп Европейской Южной обсерватории и Гигантский Магелланов телескоп, для которого Аризонский университет производит первичные зеркала, позволит в 10 раз увеличить прямые наблюдения ближайших звезд с планетами в обитаемой зоне. К кандидатам относятся Сириус, самая яркая звезда на ночном небе, и Тау Кита, где косвенно наблюдается планетная система, которую Вагнер и его коллеги попытаются непосредственно запечатлеть.