Gliese 832c i implikacije za dalja istraživanja

 

 Od kad se intenzivirala potraga za egzoplanetama, otkriće sveta nalik na Zemlju postajala je sve realnija opcija. Dok i dalje iščekujemo pronalazak prve planete koja je zaista nalik na Zemlju, otkrića različitih svetova smeštenih u naseljivu zonu (pojas oko zvezde u kom bi planeta dobijala toliku količinu energije da omogući temperature na kojima voda postoji u tečnom stanju) postavljaju pitanja i omogućavaju spekulacije o nastajanju i održavanju života u sredini koja je ipak u velikoj meri drugačija nego što je Zemlja. Od posebnog interesovanja bile su planete često nazivane "superzemljama" koje su između 4 i 7 Zemljinih veličina- svetovi o kojima ne znamo mnogo, a čini se da mogu postojati u različitim oblicima- ogromne sfere kamena, sa tankim atmosferama- dakle, kao znatno veća Zemlja; ali i kao manja kamena jezgra sa ogromnim atmosferama od lakih elemenata- dakle, kao umanjeni Neptun ili Jupiter. Ova razlika može biti ključna prilikom razmatranja pitanja naseljivosti planete.
Gliese 832 je crveni patuljak, udaljen 16,1 svetlosnih godina od Zemlje, u sazvežđu Ždrala, sa oko 0,45 masa Sunca. Oko ove zvezde je otkrivena jedna planeta u septembru 2008., Gliese 832b, sa oko 0,64 masa Jupitera koja orbitira oko svoje zvezde na 3,4 AU (astronomical unit = prosečna udaljenost Zemlje od Sunca, zvanično definisana kao 149597870700 metara), i treba joj oko 9 Zemaljskih godina da završi orbitu. Kao takva, ona se nalazi izvan naseljive zone, u daleko hladnijem delu sistema. Sada, međunarodni tim naučnika je potvrdio postojanje još jedne planete, superzemlje Gliese 832c koja ima 5,4 mase Zemlje i orbitira oko zvezde na 0,16 AU, završavajući svoju godinu za oko 36 Zemaljskih dana. Kako je zvezda Gliese 832, crveni patuljak (klase M1.5V, M patuljak) manja i hladnija od Sunca, ovo rastojanje pretstavlja naseljivu zonu (po optimističnijim procenama), dok "konzervativno" viđenje naseljive zone isključuje ovu planetu.
Planeta je otkrivena kada je međunarodni tim stručnjaka uspostavio saradnju sa nizom organizacija i različitih grupa koje su se bavile ksenološkim istraživanjima. Tako, ovo otkriće pretstavlja i lep primer međunarodne saradnje naučnika i istraživača. Tim naučnika koji je istraživanje započeo u Australiji, analizirao je posmatranja ove zvezde i podatke dobijene sa više lokacija- UCLES, Carnegie Planet Finder Magelan teleskopa u Čileu, i HARPS spektograf, takođe u Čileu pod pokroviteljstvom ESAe.

Orbitalna analiza- klikni za uvećan prikaz

 Naučnici primećuju da, ukoliko ostavimo po strani veličinu planete, sistem Gliese 832 u mnogo čemu potseća na Sunčev sistem, ali u manjoj verziji- kako je zvezda hladnija, planete su daleko bliže zvezdi, u odnosu na Sunčev sistem. Naime, dok u naseljivoj zoni postoji planeta koja ima određen statistički potencijal da zaista bude naseljiva, u sistemu postoji i veća spoljašnja planeta, koja je možda, odigrala sličnu dinamičku ulogu u tom sistemu, kao Jupiter u našem.
Naučnici procenjuju da bi Gliese 832c trebalo da dobija približno istu količinu energije kao i Zemlja, mada nije sigurno kako to može uticati na njen potencijal za život jer je moguće da Gliese 832c poseduje veliku atmosferu koja može dovesti do efekta staklene bašte, zagrevajući tako planetu do temperatura na kojima će voda ispariti. Za potrebe određivanja očekivanih temperatura različitih planeta, jedno od sredstava za analizu je temperatura ekvilibrijuma planete (Planetary equilibrium temperature), računanje temperature ukoliko se zanemare svi faktori sem uticaja zvezde. Temperatura ekvilibrijuma za Gliese 832c iznosi -20 stepeni celzijusa (što je približno Zemljinoj vrednosti od -18, ali uz veće varijacije- do 25 stepeni). Ipak, velike razlike u atmosferama, veličinama, zvezdama oko kojih orbitiraju, može značiti i druge bitne razlike koje mogu dovesti do toga da umesto nalik na Zemlju, ova planeta bude više nalik na Veneru, pretopla za život sa ogromnom atmosferom koja je karika u ciklusu ekstremnog efekta staklene bašte.
Ipak, veliki broj karakteristika je nepoznat, tako da iako postoje opravdane sumnje vezane za potencijalnu negostoljubivost Gliese 832c, postoji verovatnoća da ona izgleda drugačije nego što mislimo, kako sa trenutnom tehnologijom, većina ključnih podataka ostaje nepoznata. Kao poseban naučni metod za prvo procenjivanje sličnosti neke planete sa Zemljom, grupe naučnika su radile na razvoju specifične jedinice (na ovom polju veliki doprinos je dala Planet Habitability Laboratory sa Aresibo univerziteta u Čileu) koja je definisana kao ESI (Earth Similarity Index). ESI pretstavlja jednačinu koja uzima u obzir različite značajne parametre (uglavnom stelarni fluks i masu) i daje vrednost između 0 i 1, gde je savršeni Zemljin "blizanac" 1. Gliese 832c ima ESI od 0,81, što je smešta među tri egzoplanete sa najvećim ESI- Gliese 667Cc (0,84) i Kepler 62e (0,83). Kako je Gliese 832c najbliža Zemlji, naučnici smatraju da će biti česta meta daljih istraživanja i posmatranja.
Različita neodgovorena pitanja, kao i neke karakteristike koje ukazuju da ova planeta najverovatnije nije zaista nalik na Zemlju ne čine ovo otkriće spektakularnim u smislu otkrića savršenog kandidata za istinsku drugu Zemlju. Ovo otkriće je značajno iz više drugih razloga, a posebno zbog implikacija ovog otkrića i pitanja koja postavlja. Kao prvo, ovo je još jedna egzoplaneta koja je bila dovoljno blizu zadatim parametrima da se razmatra kao potencijalno naseljiva, i samo pokazuje da manje planete, kao i one koje su u svojim naseljivim zonama nisu retke kao pojava u svemiru. Zbog svoje blizine, ova planeta može da postane česta meta daljih istraživanja što će unaprediti naša znanja o egzoplanetama i solarnim sistemima, ali možda biti i poligon za razvoj nove tehnologije, koja će nam omogućiti da o drugim planetama saznamo mnogo više. Najzad, ova studija pokazuje koliko smo napredovali- od prepirki oko toga da li planete postoje izvan našeg sistema, da li su rekte, preko centralnih ideja o naseljivosti, već sada razmatramo uticaje atmosfere, interakcije sa drugim telima i druge karakteristike koje naše shvatanje "naseljive planete" daleko proširuju. Ovakve planete pokazuju nam da nekada shvatanje naseljive zone u smislu određenog temperaturnog pojasa više nije dovoljno za naš pogled u noćno nebo. Sada već znamo dovoljno da shvatimo da različiti elementi u specifičnoj interakciji stvaraju naseljivu planetu i različiti parametri različito mogu varirati i menjati lice planete. To je najsnažnija implikacija ovog otkrića- počeli smo da razumevamo kompleksne odnose ovih elemenata, i tako, da sebi otvaramo vrata za razmatranje različitih potencijalno naseljivih svetova. Razrada teorija koje su počele sa goldilock's zone i Earth Similarity Index-om moraju da nastave da se razvijaju, dajući nam jednog dana obuhvatnu teoriju pomoću koje ćemo preciznije procenjivati novootkrivene svetove, stvarajući jasniju sliku o svetu oko nas. Mnoge sile oblikuju svetove oko drugih zvezda i samo razumevanje tih sila može nam omogućiti da zavirimo dublje, pogledamo preciznije u ove udaljene svetove i usmerimo našu potragu u ispravnom pravcu. Samo razumevanjem kompleksnih sistema interakcija, možemo napraviti sledeći korak u potrazi za vanzemaljskim životom, i proširiti naše shvatanje "naseljive planete".

Izvori:

Universe Today
Space.com
Planet Habitability Laboratory
Wikipedia [1]
Wikipedia [2]

Kako izgleda superzemlja?

Akrecioni disk iz kog se formira solarni sistem. Zbog zajedničkog hemijskog porekla čitavog sistema, hemijski sadržaj zvezde i odnos njenih elemenata, posebno prisustvo onih težih od vodonika i helijuma, može ukazati na određene karakteristike koje će njene planete imati, posebno ukoliko govorimo o veoma interesantnoj i za sada, slabo istraženoj grupi- superzemlje.

 Jedna od činjenica o planetama koje gotovo svi znaju jeste da one dolaze, sa manjim ili većim varijacijama u dve osnovne vrste- male, kamenite planete poput Merkura, Venere, Zemlje i Marsa, kao i ogromne planete sa gigantskim atmosferama od vodonika ili helijuma, ili smeše sa dodacima drugih gasova, koje obmotavaju mala jezgra, kao što su Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. Ipak, potraga ze egzoplanetama koja se intenzivirala u poslednjih nekoliko godina, radom ESAe i s njima povezanim opservatorijama i istraživanjima, ali i Kepler misijom NASAe, a posebno internacionalnom saradnjom naučnika, pokazala je da planete mogu pretstavljati različite ekstreme, kao i da mogu biti drugačije od bilo čega što smo u Sunčevom sistemu videli. Umesto ledenih džinova, upoznali smo se sa "vrućim Jupiterima", ogromnim gasovitim planetama koje "ključaju" u uskoj orbiti oko svoje zvezde, zatim sa "vodenim svetovima", sa beskrajnim okeanom, bez kopna. A, tu su naravno, i superzemlje- nejasna kategorija, planete veće od Zemlje do oko 4 puta. Ipak, da li su one sličnije Zemlji ili Neptunu. U kojim se varijacijama one mogu pojaviti? Čini se da možda imamo odgovor. Ali, pre toga, kako je do tog potencijalnog odgovora došlo i zašto je ovo pitanje- konkretnih karakteristika jedne grupe planeta toliko veliki izazov?
Iako je gotovo 75% planeta otkrivenih u misiji Keplera upravo ove veličine (prečnik je manji od četiri Zemljina), i dalje nemamo mnogo podataka o njima i to iz razloga što metoda koju Kepler koristi, takozvana, tranzitna metoda gde teleskop posmatra zvezdu i ukoliko egzoplaneta prođe, orbitirajući oko svoje zvezde, između nje i Keplerovog instrumenta, beleži se specifičan pad u svetlosti zvezde. Analizirajući ponavljanja tog uzorka, naučnici mogu da potvrde da se radi o stvarnoj egzoplaneti. S druge strane, iz količine svetlosti koja je izostala prilikom tranzita, moguće je izračuniti veličinu planete (odatle nam poznati prečnici). Ipak, da bismo saznali kako te planete zaista izgledaju, potrebno nam je još podataka. Gotovo je nemoguće (sa trenutnom tehnologijom) teleskopom direktno snimiti planetu, i to tako da ta slika ima određenu "informacionu težinu". S druge strane, poznavanje gustine planete moglo bi nam omogućiti da izračunamo vrednost koja će nam dati pretstavu o tome kakav je hemijski, odnosno geološki sastav neke planete. Jedini problem je što Kepler ne može svojim posmatranjem zaključiti ništa o masi planete koja je za tu jednačinu neophodna. Upravo tu se pokazuje veliki značaj drugog veoma bitnog metoda za potragu za egzoplanetama. Radi se o radial velocity metodu, koji je mnogo češće koristila European Southern Observatory smeštena u Čileu. Ovim metodom, utvđuje se koliki je gravitacioni uticaj planete na zvezdu, te se time može izračunati njena masa. S druge strane, ovaj metod nam ne može reći ništa o prečniku ove planete. Stoga, ova dva metoda veoma su kompatibilna i daju nam širu sliku.
Ipak, da bi obe vrste merenja mogle da se primene na istu planetu, neophodno je da njena zvezda bude i dovoljno blizu Zemlje, za primenu radial velocity metoda, i da bude tako poravnata iz ugla Zemlje da je na nju primenjiva transit metoda.

Da li bi život mogao da nastane na planeti koja je veličine Zemlje, ali sa daleko masivnijom atmosferom- na takozvanom "gasovitom patuljku"?

 Zbog toga, tim naučnika je pokušao da proveri novu hipotezu- posmatrajući samo zvezdu, možemo zaključiti nešto o njenim planetama. Pretpostavka je bila da kako su zvezda i njene planete bile formirane iz istog oblaka kosmičke prašine i gasa, hemijski sastav zvezde donekle će oslikavati i sastav planeta. Zbog toga, naučnici su posmatrali karakteristiku zvezda poznatu kao metallicity, prisustvo elemenata težih od vodonika i helijuma.
Rezultati su bili interesantni. Činilo se da zvezde sa većim procentom ovih elemenata teže da oko sebe imaju veće planete, što je odgovaralo početnoj pretpostavci- prisustvo težih elemenata dovešće dobržeg formiranja kamenitih jezgara koja će imati vremena da prikupljaju oko sebe velike atmosfere vodonika i helijuma. S druge strane, u rezultatima su primetne tri grupe zvezda, koje odgovaraju podgrupama kategorije superzemlja. Tako planete do veličine 1,7 Zemljinih prečnika najčešće jesu kamene planete poput Zemlje koje se formiraju oko zvezda koje su poput Sunca, ili još siromašnije težim elementima. Zvezde koje imaju nešto veći procenat ovih elemenata od Sunca teže da stvaraju planete veličine od 1,7 do 3,9 Zemljinih prečnika. Ova kategorija planeta sada je nazvana "gasoviti patuljci" koji, u zavisnosti od svog položaja u sistemu, mogu izgledati veoma drugačije. Najzad, zvezde koje su veoma bogate teškim elementima u svojim sistemima imaju gasovite džinove poput Jupitera i neretko veće, čiji je prečnik uvek veći od 4 Zemljina.
Gasoviti patuljci, nova kategorija planeta, smeštena između dva ekstrema-malih kamenitih planeta sa tankom atmosferom težih elemenata i ogromnih planeta čvrstog jezgra i ogromnog gasovitog omotača od lakih elemenata, započele su put gasovitih džinova, prikupljajući oko sebe veliku atmosferu. Ipak, one nikad nisu dostigle veličinu džinova Sunčevog sistema, što može značiti da u nekim slučajevima, na površini svojih "jezgara" ne moraju imati ekstremne uslove, kakve poznaju džinovi Solarnog sistema. Ipak, čak i oni, kako se čini, mogu doći u dve varijacije- pored ove "umanjene" verzije gasovitih džinova, ukoliko su smeštene nešto dalje od svoje zvezde, ove planete mogu imati relativno tanku atmosferu, ali zato ogromno "jezgro". Odnosno, mogu biti i do nekoliko puta veće od Zemlje- ogromne kamene sfere, izgubljene u sjaju dalekih zvezda.
Čini se da odnos hemijskih elemenata u jezgru zvezde utiče u statistički značajnoj meri na formiranje određenog tipa planeta u jednom sistemu. Prisustvo teških elemenata u zvezdi, ukoliko je slično odnosima hemijskih elemenata u Suncu, dovodi do formacija planeta koje su veoma nalik na Zemlju po svojoj veličini i hemijsko-geološkoj strukturi. Upravo ovakav odnos elemenata može dovesti do stvaranja planeta koje su dovoljno velike da zadržavaju atmosferu, imaju magnetno polje i potencijalno, veliki Mesec- bitni uslovi za nastanak i razvoj života. Manje od ovoga, i u sistemu se mogu naći patuljaste planete koje ne mogu imati svoje magnetno polje, pa tako ni zadržati atmosferu. Više od toga, i planete mogu postati neobične sfere- kameni giganti, veći i do tri puta od Zemlje, ili sitne planete obavijene velikim gasovitim omotačem, ali manje pet do šest puta u odnosu na Jupiter. Ove teorije za sada čvrsto stoje i odgovaraju kako modelima, tako i statističkom istraživanju- upoređivanju hemijskog sastava oko 400 zvezda sa veličinama oko 600 planeta. Kroz ovo istraživanje, stekli smo novo saznanje o dalekim svetovima, a kosmička arena se proširila na planete za koje do pre par godina nismo bili sigurni da li postoje.

Izvori:
Space.com [1]
Space.com [2]