|
Астрометрия требуется для обнаружения жизни
|
|
|
|
Мы все ближе и ближе к тому, чтобы найти настоящую экзопланету, похожую на Землю. Но найти ее - это только полдела. Чтобы точно знать, действительно ли мы видим аналог Земли где-то в другой части галактики, мы должны также получить ее изображение. Это задача обсерватории обитаемых миров (HWO), планируемого космического телескопа, основная задача которого заключается именно в этом. Но даже сфотографировать планету и получить спектральные данные о химическом составе ее атмосферы все равно недостаточно, говорится в новой статье, доступной на сервере препринтов arXiv, написанной Казом Гэри из штата Огайо и их соавторами. Сначала нам нужно будет выяснить, сколько весит планета.
|
|
|
|
Однако это легче сказать, чем сделать. В статье описывается, почему измерение массы планеты с точностью до 10% необходимо для понимания того, пригодна ли планета на самом деле для жизни или нет. Без такого высокого уровня точности модели, используемые для определения того, из каких газов состоит атмосфера, сталкиваются с проблемой, которую математики прямо называют "вырождением". В этом случае вырождение означает, что было бы невозможно определить преобладающий фоновый газ в атмосфере планеты, и различие между азотом (как в нашей собственной атмосфере) и CO2 (как в атмосфере Венеры) имеет довольно большое значение.
|
|
|
|
В настоящее время наиболее распространенным методом измерения массы экзопланет является определение лучевой скорости (RV). Он измеряет спектральное "колебание" звезды под действием силы тяжести экзопланеты. Но, как известно, измерить это значение очень сложно. Экзопланета размером с Землю, вращающаяся вокруг звезды, подобной солнцу, создает сигнал RV со скоростью всего 9 см/с - чрезвычайно слабый сигнал, который легко заглушается собственной поверхностной активностью звезды.
|
|
|
|
|
|
|
Что еще хуже, RV практически бесполезен для большого процента звезд, которые мы будем наблюдать. Около 30% списка объектов наблюдения обсерватории составляют горячие вращающиеся звезды A и F-типа. У звезд такого типа горячая фотосфера с минимальным количеством различимых спектральных линий. И они вращаются так быстро, что те немногие данные, которые могут быть там, легко стираются. Все это делает невозможным высокоточные измерения RV примерно для 30% звезд-мишеней HWO.
|
|
|
|
Введите астрометрию. Этот альтернативный подход использует физическое колебание целевой звезды из стороны в сторону, создаваемое планетой, вращающейся вокруг нее, относительно окружающих ее фоновых звезд. Его главное преимущество заключается в том, что он особенно полезен для активных звезд, с которыми RV не может справиться, поскольку наблюдать за их перемещением из стороны в сторону гораздо проще, чем за изменением их спектральных характеристик.
|
|
|
|
Но это сопряжено с рядом проблем, которые, что неудивительно, в основном связаны с точностью. Астрометрический сигнал для планеты, похожей на Землю, находящейся на расстоянии 10 парсеков, составляет примерно 0,3 угловых секунды. Это составляет 0,3 миллионных доли угловой секунды. Имейте в виду, что в ночном небе 1 296 000 угловых секунд, и становится ясно, насколько абсурдно точным должен быть этот прибор.
|
|
|
|
Чтобы обнаружить столь малое смещение, прибору HWO с высоким разрешением придется в значительной степени полагаться на присутствие звезд на заднем плане. На самом деле, основное ограничение астрометрии связано с "фотонным шумом" от звезд на заднем плане, который, в свою очередь, полностью зависит от того, сколько из этих звезд находится на заднем плане. Это означает, что направление, за которым наблюдает HWO, будет иметь огромное значение. Если он направлен к краю галактики, звездный фон будет скудным, и неопределенность резко возрастет. Но если он направлен к плоскости галактики, то звезд будет достаточно много, чтобы снизить неопределенность.
|
|
|
|
Исследователи смоделировали количество звезд на заднем плане в нескольких сценариях и решили, что лучший способ получить необходимую информацию о звездах на заднем плане без создания большого шума в приборе - это выбрать оптимальный фильтр, который минимизирует астрометрическую неопределенность, уравновешивая противоположные эффекты плотности звезд и дифракционного предела.
|
|
|
|
Они предлагают использовать G—диапазон Gaia - основной широкий оптический диапазон излучения, который используется космическим аппаратом Gaia Европейского космического агентства, который в настоящее время отображает положение более миллиарда звезд в нашей галактике. Это идеальное сочетание длинноволнового диапазона, такого как инфракрасный, где дифракционный предел самого HWO ухудшается, и коротковолнового, где не так много фоновых звезд, которые можно использовать в качестве ориентиров.
|
|
|
|
Таким образом, имея для работы измерения, направление и спектральный диапазон, HWO просто нуждается в наблюдательной кампании. Авторы предлагают провести специальную 200-дневную астрометрическую съемку в течение 5-летней основной миссии HWO. Проведя примерно 100 наблюдений за каждой целевой звездой, HWO смог успешно измерить массы примерно 40 планет земного типа, находящихся в пригодной для жизни зоне, с требуемой точностью в 10%.
|
|
|
|
Однако до самого HWO еще далеко, и, скорее всего, он будет запущен как минимум в начале 2040-х годов. Но, объединив передовую фотометрию со сверхточной астрометрией, мы могли бы, наконец, получить главный приз, о котором астрономы мечтали веками, - еще один пригодный для жизни мир.
|
|
|
|
Источник
|
