|
Статистический анализ обитаемости экзопланет
|
|
|
|
Поиски жизни за пределами нашей планеты продолжаются, и одним из самых недооцененных инструментов в арсенале астробиологов является статистика. Хотя это может быть и не так увлекательно, как прямое изображение атмосферы планеты или обнаружение системы с семью планетами в ней, статистика абсолютно необходима, если мы хотим быть уверены, что то, что мы видим, реально, а не является просто искажением данных или самих наших методов наблюдения.
|
|
|
|
В новой статье Калеба Тракслера и их соавторов из Департамента информации и компьютерных наук Калифорнийского университета в Ирвайне эта задача решается путем статистического анализа примерно 10% от общего числа обнаруженных экзопланет и оценки их пригодности для жизни. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Статистика - это игра чисел, и за последние несколько десятилетий мы собрали множество данных о примерно 5700 подтвержденных экзопланетах. Однако, по крайней мере, до сих пор мы не обнаружили никаких явных признаков жизни ни на одной из них. Таким образом, определение того, какие из них с наибольшей вероятностью потенциально способны поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, является необходимым шагом. Это гарантировало бы, что ресурсы, которые потенциально могли бы обнаружить эту жизнь, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба, способный обнаруживать атмосферу экзопланет, будут направлены в правильном направлении, чтобы наиболее точно обнаружить что-то, если оно там есть.
|
|
|
|
|
|
|
Понимание того, как вычислить, где находятся наиболее вероятные кандидаты, - это именно то, в чем хороша статистика. Но до сих пор астробиологи сосредоточились на обитаемости экзопланет, используя, по сути, одно измерение — "обитаемую зону", которая так часто обсуждается, когда речь заходит об экзопланетах. По сути, пригодная для жизни зона — это всего лишь расчет средней температуры, которую испытывает планета, и того, может ли она поддерживать существование жидкой воды - абсолютно необходимой среды для жизни в том виде, в каком мы ее знаем.
|
|
|
|
Авторы утверждают, что такая система является слишком общей, чтобы быть практически полезной при поиске планеты с высокой вероятностью поддержания жизни. Они предлагают рассмотреть характеристики как планеты, так и ее родительской звезды, а затем проанализировать эти характеристики по сравнению с Землей, которая по-прежнему является базовой для "пригодной для жизни" планеты.
|
|
|
|
Они анализируют экзопланету на основе ее радиуса, температуры, инсоляционного потока (т.е. количества солнечного света, которое она получает) и плотности. Согласно различным другим исследованиям, каждое из этих значений может оказать существенное влияние на пригодность планеты для жизни. Для звезды—хозяина экзопланеты они проанализировали ее эффективную температуру, радиус, массу и металличность - общий показатель для звезд, который представляет собой отношение содержания железа к содержанию водорода.
|
|
|
|
Используя эти восемь параметров, они разделили 517 экзопланет, по которым имелись данные, на четыре различные категории. Отличный кандидат означает, что планета находится достаточно близко к Земле, чтобы представлять интерес. Хорошая планета, плохая звезда означала, что по крайней мере один из параметров звезды значительно отличался от нашего Солнца. Хорошая звезда, плохая планета означала, что характеристики планеты значительно отличались от характеристик Земли. Последняя категория — "Плохой кандидат" — не подходит ни для звезды, ни для планеты.
|
|
|
|
На самом деле большинство экзопланет относились к категории "Хорошая звезда, плохая планета", и в эту категорию попали 388 систем (75%).
|
|
|
|
По мнению авторов, это может быть скорее "предвзятостью обнаружения", чем реальной физической реальностью, поскольку методы, используемые для поиска экзопланет (например, транзитные), сильно ориентированы на поиск крупных планет с короткими периодами обращения, что позволяет отнести их к этой категории. Они упоминают, что при более длительном сроке наблюдений есть большая вероятность того, что охотники за экзопланетами найдут больше планет, которые вписались бы в список отличных кандидатов, но это время для наблюдений еще не наступило.
|
|
|
|
Из полных 517 объектов в наборе данных только 3 были отнесены к этому превосходному варианту — самой Земле, Kepler-22b и Kepler 538-b. Kepler-22b особенно кажется отличным кандидатом, поскольку разница в температуре составляет всего 3,1%, а в инсоляции - 1% по сравнению с Землей. Согласно статье, он имеет самую высокую вероятность наличия жизни и должен быть главным кандидатом для наблюдения атмосферы с помощью телескопа Webb, который должен быть способен на это, несмотря на расстояние в 635 световых лет.
|
|
|
|
Кеплер 538-b больше Земли и имеет гораздо более высокую температуру, но он все равно относится к категории потенциально пригодных для жизни. Но эта редкость указывает на другой важный вывод из статьи — Земля является статистической редкостью с точки зрения планет, но не такой, которая требует какого-то чудесного сочетания планетных и звездных характеристик. Используя статистический метод, называемый дистанционным анализом Махаланобиса, авторы обнаружили, что Земля примерно на 69,4% отличается от Земли с точки зрения "статистической необычности", что делает ее редкой, но не слишком редкой.
|
|
|
|
Еще одним редким типом планет были те, которые попадали в категорию "Хорошие планеты и плохие звезды". Шесть планет оказались в этой категории из-за того, что их звезды-хозяева (которые все были М-карликами, наиболее распространенными звездами в галактике) находились за пределами определенного диапазона температур, пригодных для жизни. Однако авторы отмечают, что, несмотря на то, что эти кандидаты выходили за рамки общепринятых рамок, у них были хорошие шансы сохранить жизнь, учитывая их другие физические параметры. Многие из них уже находятся под наблюдением JWST, и если выяснится, что у них действительно есть пригодные для жизни условия, это может перевернуть всю область астробиологии с ног на голову из-за преобладания их звезд-хозяев в галактическом населении.
|
|
|
|
Этот статистический анализ еще раз подтверждает некоторые важные моменты, которые давно известны заядлым астробиологам. Kepler 22-b является основным кандидатом для дальнейших наблюдений и дает нам наилучшие шансы увидеть свидетельства жизни на другой планете. Условия на Земле встречаются относительно редко, но не настолько, чтобы считаться чудом. И в наборе данных об экзопланетах наблюдается значительный перекос в сторону планет, которые не были бы пригодны для жизни из-за их большого размера и короткого периода обращения.
|
|
|
|
По мере развития науки об астробиологии и экзопланетах продолжение такого рода статистического анализа обеспечит ценный контекст, который в противном случае мог бы ввести в заблуждение или запутать области, обладающие наибольшим потенциалом для ответа на один из самых важных вопросов человечества — одиноки ли мы? Благодаря все более мощному наблюдательному оборудованию, указывающему правильное направление, мы, возможно, вскоре получим окончательный ответ на этот вопрос.
|
|
|
|
Источник
|
