Chybí nám jiné Země? Dramatické nové důkazy objevené astronomy

Tento obrázek znázorňuje planetu částečně skrytou v záři své hostitelské hvězdy a blízké doprovodné hvězdy. Po prozkoumání několika dvojhvězd astronomové dospěli k závěru, že planety velikosti Země v mnoha dvouhvězdných systémech mohou zůstat nepovšimnuty při tranzitních průzkumech, které hledají změny ve světle z hvězdy, když před ní přechází planeta. Světlo z druhé hvězdy ztěžuje detekci změn ve světle hostitelské hvězdy, když planeta prochází před ní. Kredit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Astronomové studující hvězdné páry odhalují důkazy, že by mohlo existovat mnohem více planet o velikosti Země, než se dříve myslelo.

Některé exoplanety by mohly postrádat téměř polovinu planet velikosti Země kolem jiných hvězd. Nové poznatky týmu využívajícího mezinárodní observatoř Gemini a WIYN 3.5metrový dalekohled na národní observatoři Kitt Peak naznačují, že světy velikosti Země by se mohly skrývat neobjevené v binárních hvězdných systémech, ukrytých v záři jejich mateřských hvězd. Vzhledem k tomu, že zhruba polovina všech hvězd je v binárních systémech, znamená to, že astronomům může chybět mnoho světů o velikosti Země.

Planety velikosti Země mohou být mnohem běžnější, než se dříve předpokládalo. Astronomové pracující v NASA Ames Research Center použili dva dalekohledy mezinárodní observatoře Gemini, programu NOIRLab NSF, aby určili, že mnoho hvězd hostujících planety identifikovaných misí NASA TESS pro lov exoplanet.^[1] jsou ve skutečnosti dvojice hvězd – známé jako dvojhvězdy – kde planety obíhají jednu z hvězd v páru. Po prozkoumání těchto dvojhvězd tým dospěl k závěru, že planety velikosti Země v mnoha dvouhvězdných systémech mohou zůstat nepovšimnuty při tranzitních průzkumech, jako je TESS, které hledají změny ve světle z hvězdy, když před ní projde planeta.^[2] Světlo z druhé hvězdy ztěžuje detekci změn ve světle hostitelské hvězdy při tranzitu planety.

Tým začal pokusem zjistit, zda některé z hostitelských hvězd exoplanet identifikovaných s TESS byly ve skutečnosti neznámé dvojhvězdy. Fyzické páry hvězd, které jsou blízko u sebe, lze zaměnit za jednotlivé hvězdy, pokud nejsou pozorovány v extrémně vysokém rozlišení. Tým se tedy obrátil na oba teleskopy Gemini, aby podrobně prozkoumal vzorek hostitelských hvězd exoplanet. Pomocí techniky zvané speckle imaging,^[3] astronomové se vydali zjistit, zda mohou zahlédnout neobjevené hvězdné společníky.

Pomocí přístrojů `Alopeke a Zorro na dalekohledech Gemini North a South v Chile a na Havaji, v tomto pořadí,^[4] tým pozoroval stovky blízkých hvězd, které TESS identifikovala jako potenciální hostitele exoplanet. Zjistili, že 73 z těchto hvězd jsou ve skutečnosti binární hvězdné systémy, které se jevily jako jednotlivé světelné body, dokud nebyly pozorovány ve vyšším rozlišení pomocí Gemini. „S 8.1metrovými dalekohledy Gemini Observatory jsme získali snímky hostitelských hvězd exoplanet s extrémně vysokým rozlišením a detekovali jsme hvězdné společníky ve velmi malých vzdálenostech,“ řekla Katie Lester z NASA's Ames Research Center, která tuto práci vedla.

Lesterův tým také studoval dalších 18 dvojhvězd dříve nalezených mezi hostiteli exoplanet TESS pomocí NN-EXPLORE Exoplanet and Stellar Speckle Imager (NESSI) na WIYN 3.5metrovém dalekohledu na Kitt Peak National Observatory, rovněž programu NOIRLab NSF.

Po identifikaci dvojhvězd tým porovnal velikosti detekovaných planet v binárních hvězdných systémech s planetami v jednohvězdných systémech. Uvědomili si, že sonda TESS našla velké i malé exoplanety obíhající kolem jednotlivých hvězd, ale pouze velké planety v binárních systémech.

Tyto výsledky naznačují, že populace planet velikosti Země by mohla číhat v binárních systémech a zůstat nedetekována pomocí tranzitní metody používané TESS a mnoha dalšími teleskopy na lov planet. Někteří vědci měli podezření, že při hledání tranzitu by mohly chybět malé planety v binárních systémech, ale nová studie poskytuje pozorovací podporu, která ji podporuje, a ukazuje, které velikosti exoplanet jsou ovlivněny.^[5]

"Ukázali jsme, že je obtížnější najít planety velikosti Země v binárních systémech, protože malé planety se ztrácejí v záři svých dvou mateřských hvězd," uvedl Lester. „Jejich přechody jsou ‚vyplněny‘ světlem z doprovodné hvězdy,“ dodal Steve Howell z NASA's Ames Research Center, který vede úsilí o zobrazování skvrn a podílel se na tomto výzkumu.

„Vzhledem k tomu, že zhruba 50 % hvězd je v binárních systémech, mohli bychom přijít o objev – a šanci studovat – spoustu planet podobných Zemi,“ uzavřel Lester.

Možnost těchto chybějících světů znamená, že astronomové budou muset použít různé pozorovací techniky, než dojdou k závěru, že daný binární hvězdný systém nemá žádné planety podobné Zemi. "Astronomové potřebují vědět, zda je hvězda jednoduchá nebo binární, než budou tvrdit, že v tomto systému neexistují žádné malé planety," vysvětlil Lester. "Pokud je to jediné, pak by se dalo říci, že neexistují žádné malé planety." Ale pokud je hostitel v dvojhvězdě, nevěděli byste, zda je malá planeta skryta doprovodnou hvězdou nebo vůbec neexistuje. Abyste na to přišli, potřebovali byste více pozorování s jinou technikou.“

V rámci své studie Lester a její kolegové také analyzovali, jak daleko od sebe jsou hvězdy v binárních systémech, kde TESS detekovala velké planety. Tým zjistil, že hvězdy v párech hostujících exoplanety jsou od sebe obvykle dále než dvojhvězdy, o kterých není známo, že by měly planety.^[6] To by mohlo naznačovat, že planety nevznikají kolem hvězd, které mají blízké hvězdné společníky.

"Tento průzkum zobrazování skvrn ukazuje kritickou potřebu dalekohledů NSF k charakterizaci nově objevených planetárních systémů a rozvoji našeho chápání planetárních populací," řekl ředitel programu Astronomických věd National Science Foundation Martin Still.

"Toto je hlavní zjištění při práci na exoplanetách," komentoval Howell. "Výsledky pomohou teoretikům vytvořit jejich modely toho, jak se planety formují a vyvíjejí v systémech dvou hvězd."

Poznámky

1. TESS je sonda Transiting Exoplanet Survey Satellite, pro kterou je určena mise NASA hledat pro planety obíhající kolem jiných hvězd v průzkumu kolem 75 % celé noční oblohy. Mise byla zahájena v roce 2018 a odhalila více než 3500 kandidátských exoplanet, z nichž více než 130 bylo potvrzeno. Družice hledá exoplanety pozorováním jejich hostitelských hvězd; tranzitující exoplaneta způsobí jemný, ale měřitelný pokles jasu své hostitelské hvězdy, když se kříží před hvězdou a blokuje část jejího světla.
2. Technika tranzitu je jedním ze způsobů objevování exoplanet. Zahrnuje hledání pravidelných poklesů světla hvězdy, které by mohlo být způsobeno tím, že planeta prolétá před hvězdou nebo ji „přechází“ a blokuje část světla hvězd.
3. Skvrnité zobrazování je astronomická technika, která umožňuje astronomům vidět přes rozostření atmosféry tím, že provádí mnoho rychlých pozorování v rychlém sledu. Kombinací těchto pozorování je možné zrušit efekt rozmazání atmosféry, který ovlivňuje pozemskou astronomii tím, že způsobuje třpyt hvězd na noční obloze.
4. „Alopeke & Zorro jsou identické zobrazovací přístroje trvale namontované na dalekohledech Gemini North a South. Jejich jména znamenají „liška“ v havajštině a španělštině, v tomto pořadí, odrážející jejich příslušná umístění na Maunakea v Hawaiʻi a na Cerro Pachón v Chile.
5. Tým zjistil, že planety dvakrát větší než Země nebo menší nelze pomocí tranzitní metody při pozorování binárních systémů detekovat.
6. Lesterův tým zjistil, že dvojhvězdy hostující exoplanety, které identifikovali, měly průměrné vzdálenosti asi 100 astronomických jednotek. (Astronomická jednotka je průměrná vzdálenost mezi Sluncem a Zemí.) Binární hvězdy, o kterých není známo, že by hostily planety, jsou obvykle odděleny asi 40 astronomickými jednotkami.
   Více informací

Tento výzkum je prezentován v článku „Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars. II. Hvězdní společníci na 1-1000 AU a důsledky pro detekci malých planet“ se objeví v Astronomical Journal.

Odkaz: „Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars. II. Stellar Companions at 1-1000 AU and Implications for Small Planet Detection” od Kathryn V. Lester, Rachel A. Matson, Steve B. Howell, Elise Furlan, Crystal L. Gnilka, Nicholas J. Scott, David R. Ciardi, Mark E Everett, Zachary D. Hartman a Lea A. Hirsch, přijato, Astronomical Journal.
arXiv: 2106.13354

Tým tvoří Kathryn V. Lester (NASA Ames Research Center), Rachel A. Matson (US Naval Observatory), Steve B. Howell (NASA Ames Research Center), Elise Furlan (Exoplanet Science Institute, Caltech), Crystal L. Gnilka (NASA Ames Research Center), Nicholas J. Scott (NASA Ames Research Center), David R. Ciardi (Exoplanet Science Institute, Caltech), Mark E. Everett (NOIRLab NSF), Zachary D. Hartman (Lowell Observatory & Department of Physics & Astronomy, Georgia State University) a Lea A. Hirsch (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University).

NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) společnosti NSF (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory), americké centrum pro pozemní opticko-infračervenou astronomii, provozuje mezinárodní observatoř Gemini (zařízení NSF, NRC–Kanada, ANID–Chile, MCTIC–Brazílie, MINCyT–Argentina , a KASI–Republic of Korea), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community Science and Data Center (CSDC) a Vera C. Rubin Observatory (provozovaná ve spolupráci s katedrou Národní akcelerátorové laboratoře SLAC společnosti Energy). Je řízena Asociací univerzit pro výzkum v astronomii (AURA) na základě dohody o spolupráci s NSF a sídlí v Tucsonu v Arizoně. Astronomická komunita je poctěna, že má příležitost provádět astronomický výzkum na Iolkam Du'ag (Kitt Peak) v Arizoně, na Maunakea na Havaji a na Cerro Tololo a Cerro Pachón v Chile. Uvědomujeme si a uznáváme velmi významnou kulturní roli a úctu, kterou tato místa mají vůči národu Tohono O'odham, komunitě původních obyvatel Havaje a místním komunitám v Chile.