Миссия PLATO будет самым успешным охотником за планетами
В 2026 году Европейское космическое агентство (ЕКА) запустит свою миссию по поиску экзопланет нового поколения PLATO. Эта миссия будет сканировать более 245 000 звезд главной последовательности F, G и K-типа (желто-белые, желтые и оранжевые) с использованием метода транзита для поиска возможных планет земного типа, вращающихся вокруг аналогов Солнца. В соответствии с подходом «низко висящих фруктов» (также известным как «следуй за водой»), эти планеты считаются сильными кандидатами на обитаемость, поскольку на них, скорее всего, есть все условия, которые привели к возникновению жизни здесь, на Земле. Знание того, сколько планет PLATO, вероятно, обнаружит и сколько из них будут соответствовать земным характеристикам, важно для определения того, как и где он должен посвятить свое время наблюдения.
Согласно новому исследованию, которое будет опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics, миссия PLATO, вероятно, найдет десятки тысяч планет. В зависимости от нескольких параметров они также указывают, что он может обнаружить как минимум 500 планет размером с Землю, около дюжины из которых будут иметь благоприятные орбиты вокруг звезд G-типа (солнцеподобных). Исследование было проведено учеными из Института планетарных исследований (IFP) и Института оптических сенсорных систем Немецкого аэрокосмического центра (DLR), Департамента геологических наук Свободного университета Берлина (FU Berlin) и Центра астрономии. и астрофизика в Берлинском техническом университете (TUB). Подробности исследования можно найти на сервере препринтов arXiv.
Филип Матушевский, доктор философии. кандидат Гренобльского планетарного и астрофизического института (IPAG) в Университете Гренобль-Альпы, руководил исследованием в рамках своей диссертации во время учебы в FU Berlin и внесолнечных планет и атмосфер. Чтобы оценить количество экзопланет, которые PLATO может обнаружить, Матушевски и его команда разработали инструмент под названием Planet Yield for PLATO Estimator (PYPE). Этот инструмент сочетает в себе статистический подход с частотами возникновения из моделей формирования планет и данных, полученных космическим телескопом Кеплер. Это позволило им оценить, сколько экзопланет PLATO обнаружит в течение четырех лет, основываясь на доле полей наблюдения, выбранных для каталога звездных входов PLATO всего неба (PIC).
Как объяснил Матушевский Universe Today по электронной почте: «Во-первых, нам нужно было синтетическое население планет (наша собственная маленькая вселенная, если хотите). Для этого мы взяли модель планетарного населения, которая в основном представляет собой симуляцию 1000 протопланетных дисков, эволюционирующих в планетные системы (Кристоф Мордасини из Эти планетарные системы были предоставлены нам Бернским университетом в Швейцарии. Поскольку получившиеся системы сильно отличаются от того, что мы в настоящее время знаем об экзопланетах, мы хотели включить данные с Кеплера. -население планеты для сравнения».
Второй шаг, по словам Матушевски, состоял в том, что команда оценила, сколько звезд PLATO будет наблюдать только в одном поле зрения (~ 125 000), и присвоила каждой планетную систему (на основе нашей собственной). Затем они посчитали, сколько из этих планет будут иметь правильную ориентацию, чтобы совершать транзиты относительно PLATO, что приводит к видимому падению яркости. Для растения, вращающегося вокруг звезды такого же размера, как наше Солнце, с периодом обращения 365 дней, вероятность этого (то есть вероятность транзита) составляет всего 0,47%.Но если принять во внимание количество звезд, которые будет наблюдать PLATO, это все еще оставляет десятки тысяч кандидатов, доступных для изучения. Наконец, они использовали модель эффективности обнаружения, которая учитывает производительность камер PLATO и различных источников шума, чтобы определить, будет ли транзитный сигнал сильнее фонового шума.
«Это основная функция PYPE», — сказал Матушевски. «Отсюда мы можем настроить программу, чтобы получить результаты для различных ложных сценариев и периодов времени. Сколько планет мы находим, глядя здесь в течение двух лет и там в течение двух лет? Что, если мы будем смотреть на конкретное поле дольше?» Когда они применили PYPE к основной четырехлетней миссии обсерватории, команда получила весьма обнадеживающие результаты. В зависимости от того, какие поля он наблюдает и как долго, периода обращения планет, ориентации планет и других факторов, они обнаружили, что PLATO может обнаружить тысячи или десятки тысяч экзопланет.
Еще более обнадеживает то, что они обнаружили, что статистически значимое количество этих планет, вероятно, будет похоже на Землю. Как объяснил Матушевски, «используя наиболее консервативную модель населения планет и сценарий миссии, мы оцениваем минимум 500 планет размером с Землю, которые будут обнаружены за номинальную продолжительность миссии в четыре года». «Это включает в себя все типы звезд и любое расстояние до звезды. Если мы посмотрим на планеты размером с Землю с периодом обращения 250-500 дней вокруг звезд G (аналоги Земли-Солнца), мы оценим до 12 обнаружений. для наблюдения 2+2 года с самой оптимистичной моделью планеты».
За последние 20 лет количество известных экзопланет выросло в геометрической прогрессии: по состоянию на 30 июля 2023 года было подтверждено 5483 обнаружения в 4087 системах (и еще 9770 кандидатов ожидают подтверждения). Открытие и описание этих экзопланет проинформировали (и поставили под сомнение) преобладающие теории о формировании планет и частоте возникновения. Однако остаются некоторые вопросы без ответов и значительный запас неопределенности относительно того, насколько распространены определенные типы планет (связанные с пробелами в переписи экзопланет).
Цель этого исследования и подобных ему — установить оценки, которые можно сравнить с данными наблюдений. То, как результаты отклоняются от оценок, поможет информировать модели формирования планет и даст ученым лучшее представление о том, насколько распространены экзопланеты — с учетом размера, массы, состава, периода обращения и т. д. В частности, результаты PLATO покажут, насколько распространены похожие на Землю планеты, вращающиеся вокруг солнечных аналогов G-типа, что поможет сузить поиск миров, которые, вероятно, будут обитаемыми — и обитаемыми.
