Birkaç ay önce, diğer yıldızların etrafındaki gezegenleri keşfetme işinde olan bir grup NASA ötegezegen astronomu, ilgilerini çeken bir gezegenden bahsetmek için beni gizli bir toplantıya çağırdı. Uzmanlığım ötegezegenlerin iklimini modellemede yattığı için , benden bu yeni gezegenin yaşanabilir olup olmadığını, yani sıvı suyun bulunabileceği bir yer olup olmadığını bulmamı istediler.
Bu NASA meslektaşları, Josh Schlieder ve öğrencileri Emily Gilbert , Tom Barclay ve Elisa Quintana , sıvı suyun bulunduğu bir bölgede TESS’in bilinen ilk Dünya büyüklüğündeki gezegeninin ne olabileceğini keşfettiklerinde , TESS’ten ( Transiting Exoplanet Survey Satellite ) verileri inceliyorlardı. karasal bir gezegenin yüzeyinde var olabilir. Bu çok heyecan verici bir haber çünkü bu yeni gezegen Dünya’ya nispeten yakın ve atmosferini James Webb Uzay Teleskobu veya yer tabanlı büyük teleskoplarla gözlemlemek mümkün olabilir.
Yaşanabilir bölge gezegenleri
Gilbert’in ekibinin keşfettiği gezegenin ev sahibi yıldızına TESS of Interest numarası 700 veya TOI-700 denir. Güneş ile karşılaştırıldığında, küçük, sönük bir yıldızdır. Boyutunun %40’ı, Güneş’in parlaklığının sadece 1/50’si kadardır ve Güney Yarımküremizden görülebilen Dorado takımyıldızında Dünya’dan yaklaşık 100 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Karşılaştırma için, bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri, Dünya’dan 4,2 ışıkyılı uzaklıkta. Bu mesafeleri anlamak için, en hızlı uzay aracıyla ( Parker Solar Probe ) Proxima Centauri’ye ulaşmanız yaklaşık 20.000 yıl sürecektir.
TOI-700’ün çevresinde üç gezegen var: b, c ve d. Gezegen d, yıldızın yaşanabilir bölgesi içinde, Dünya boyutundadır ve her 37 günde bir TOI-700 yörüngesinde döner. Meslektaşlarım, yıldız ve gezegenin bilinen özelliklerini kullanarak Gezegen d için bir iklim modeli oluşturmamı istedi. Gezegenler b ve c sırasıyla Dünya boyutunda ve mini Neptün boyutundadır. Bununla birlikte, kendi Dünyamızın Güneş’ten aldığı yıldız ışığının 5 katı ve 2,6 katı alarak ev sahibi yıldıza çok daha yakın yörüngede dönerler. Karşılaştırma için, yaklaşık 860 derece Fahrenheit yüzey sıcaklığına sahip kuru ve cehennem gibi sıcak bir dünya olan Venüs, Dünya’nın güneş ışığının iki katı alır.
Yaklaşık on yıl öncesine kadar, gökbilimciler tarafından herhangi bir boyutta sadece iki yaşanabilir bölge gezegeni biliniyordu: Dünya ve Mars. Bununla birlikte, son on yılda, hem yer tabanlı teleskoplar hem de Kepler misyonu (2009’dan 2019’a kadar ötegezegenleri de aradı, ancak şimdi emekli oldu) aracılığıyla yapılan keşifler sayesinde, gökbilimciler yaklaşık bir düzine karasal boyutlu ötegezegen keşfettiler. Bunlar, ev sahibi yıldızlarının yaşanabilir bölgeleri içinde, Dünya’dan yarım ila iki kat daha büyüktür.
Bugüne kadar nispeten çok sayıda küçük ötegezegen keşfine rağmen, yıldızların çoğu Dünya’dan 600 ila 3.000 ışıkyılı uzaklıktadır – ayrıntılı takip gözlemi için çok uzak ve sönüktür.
Sıvı su, yaşanabilirlik için neden önemlidir?
Kepler’den farklı olarak, TESS’in görevi, Güneş’in en yakın komşularının etrafındaki gezegenleri aramaktır: takip gözlemleri için yeterince parlak olanlar.
Nisan 2018 ile şu an arasında TESS, 1.500’den fazla gezegen adayı keşfetti. Çoğu, yörüngeleri 10 günden az olan, Dünya’nın iki katından daha büyük. Elbette Dünya’nın Güneşimizin etrafında dönmesi 365 gün sürer. Sonuç olarak, gezegenler Dünya’nın Güneş’ten aldığından çok daha fazla ısı alır ve yüzeyde sıvı su bulunamayacak kadar sıcaktır.
Sıvı su, yaşanabilirlik için gereklidir. Kimyasalların birbirleriyle etkileşime girmesi için bir ortam sağlar. Egzotik yaşamın daha yüksek basınçlarda veya daha yüksek sıcaklıklarda – hidrotermal menfezlerin yakınında bulunan ekstremofiller veya Batı Antarktika buz tabakasının yarım mil altında bulunan mikroplar gibi – var olması mümkün olsa da, bu keşifler, insanlar doğrudan mümkün olduğu için mümkün oldu. bu aşırı ortamları araştırın. Uzaydan tespit edilemezlerdi.
Güneş sistemimizin ötesinde yaşam, hatta yaşanabilir koşullar bulmak söz konusu olduğunda, insanlar tamamen uzaktan gözlemlere bağlıdır. Yüzeydeki sıvı su, yaşamı potansiyel olarak destekleyebilecek yaşanabilir koşullar yaratabilir. Bu yaşam formları daha sonra yukarıdaki atmosferle etkileşime girebilir ve Dünya tabanlı teleskopların algılayabileceği uzaktan algılanabilir biyo-imzalar oluşturabilir. Bu biyo-imzalar, mevcut Dünya benzeri gaz bileşimleri (oksijen, ozon, metan, karbondioksit ve su buharı) veya 2,7 milyar yıl önceki antik Dünya’nın bileşimi (çoğunlukla metan ve karbon dioksit ve oksijensiz) olabilir.
Bunun zaten olduğu bir gezegen biliyoruz: Dünya. Bu nedenle, gökbilimcilerin amacı, suyun yüzeyde sıvı halde bulunabileceği yıldızdan bu mesafelerde yörüngede dönen yaklaşık Dünya büyüklüğündeki gezegenleri bulmaktır. Bu gezegenler, güneş sistemimizin dışında yaşanabilir dünyalar ve yaşam imzaları aramak için birincil hedeflerimiz olacak.
TOI-700 d gezegeni için olası iklimler
TOI-700 d’nin gerçek olduğunu kanıtlamak için Gilbert’in ekibinin farklı türde bir teleskoptan gelen verileri kullanarak doğrulama yapması gerekiyordu. TESS, yıldızın önünden geçen gezegenleri algılayarak yıldız ışığında bir düşüşe neden olur. Bununla birlikte, bu tür düşüşler, sahte araç gürültüsü veya arka planda birbirini örten ikili yıldızlar gibi yanlış pozitif sinyaller oluşturan diğer kaynaklar tarafından da oluşturulabilir. Harvard Üniversitesi Astrofizik Merkezi’nden Joey Rodriguez’den bağımsız gözlemler geldi . Rodriguez ve ekibi , Spitzer teleskobu ile TOI-700 d’nin TESS tespitini doğruladı ve onun gerçek bir gezegen olduğuna dair geriye kalan tüm şüpheleri ortadan kaldırdı.
Öğrencim Gabrielle Engelmann-Suissa ve ben , TOI-700 d gezegeninde ne tür bir iklim olabileceğini anlamak için modelleme yazılımımızı kullandık . Bu gezegenin atmosferinde gerçekte ne tür gazlara sahip olabileceğini henüz bilmediğimiz için, yüzeyinde sıvı okyanusları destekleyecek olası gaz kombinasyonlarını keşfetmek için iklim modellerimizi kullanıyoruz. Engelmann-Suissa, uzun süredir birlikte çalıştığım Eric Wolf’un yardımıyla , mevcut Dünya atmosferi (%77 azot, %21 oksijen, kalan metan ve karbondioksit), 2,7 milyar yıl önceki Dünya atmosferinin bileşimi (çoğunlukla metan) dahil olmak üzere çeşitli senaryoları test etti. ve karbondioksit) ve hatta muhtemelen 3.5 milyar yıl önce var olan bir Mars atmosferi (çok fazla karbondioksit).
Modellerimize dayanarak, TOI-700 d gezegeninin atmosferi bir metan veya karbondioksit veya su buharı bileşimi içeriyorsa, gezegenin yaşanabilir olabileceğini bulduk. Şimdi ekibimizin bu hipotezleri James Webb Uzay Teleskobu ile doğrulaması gerekiyor.
Garip yeni dünyalar ve iklimleri
NASA ekibimizin tamamladığı iklim simülasyonları, Dünya benzeri bir atmosferin ve gaz basıncının yüzeyindeki sıvı suyu desteklemek için yeterli olmadığını gösteriyor. TOI-700 d’ye Dünya’da sahip olduğumuzla aynı miktarda sera gazı koyarsak, bu gezegendeki yüzey sıcaklığı hala donma noktasının altında olacaktır.
Kendi atmosferimiz artık Dünya üzerinde sıvı bir okyanusu destekliyor çünkü yıldızımız TOI-700’den oldukça büyük ve daha parlak. Kesin olan bir şey var: Tüm ekiplerimizin modellemeleri, TOI-700 gibi küçük ve sönük yıldızların etrafındaki gezegenlerin iklimlerinin Dünyamızda gördüğümüzden çok farklı olduğunu gösteriyor.
Dış gezegenler alanı şimdi onları keşfetmekten atmosferlerini karakterize etmeye kadar bir geçiş döneminde. Astronomi tarihinde yeni teknikler, güneş sistemimizde eşi olmayan sıcak Jüpiter ve mini-Neptünlerin keşfi gibi sürprizler de dahil olmak üzere evrenin yeni gözlemlerini mümkün kılıyor. Sahne şimdi, hangilerinin yaşamı destekleyen koşullara sahip olduğunu görmek için bu gezegenlerin atmosferlerini gözlemlemeye hazır.