Dünyevi bir komşu hayal etmek

Bize en yakın güneş benzeri yıldızların, yani α Centauri A/B ikilisinin Dünya benzeri bir gezegen barındırıp barındırmadığını henüz bilmiyoruz. Ancak, yeni modelleme çalışmaları sayesinde, böyle bir gezegenin var olması durumunda neye benzeyeceği ve nasıl evrimleşmiş olabileceği konusunda artık iyi bir fikir sahibiyiz.

Bunlar, demografiden ayrıntılı karakterizasyona doğru ilerleyen ötegezegen araştırmaları için heyecan verici zamanlar. Aralık 2021’de başarıyla fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST), yaşanabilir bölge içinde yörüngede dönen M cücelerinin (güneşten daha sönük olan yıldızların) önünden geçen kayalık ötegezegenlerin atmosferlerini tespit etmesi bekleniyor. Şu anda Şili’de yapım aşamasında olan Aşırı Büyük Teleskop (ELT), on yılın sonunda yakındaki güneş benzeri yıldızların etrafındaki kayalık ötegezegenleri doğrudan görüntüleyecek şekilde kurulacak. Daha da ileriye bakıldığında, yaşanabilir bölgeli kayalık ötegezegenleri ve atmosferlerini hedefleyen Büyük Dış Gezegenler İçin Girişimölçer (LIFE) dahil olmak üzere, iddialı gelecek uzay görevi konseptleri şu anda araştırılıyor.

ETH Zurich, bu ve diğer gözlemsel altyapılara liderlik ediyor veya önemli ölçüde dahil oluyor. Fizik Bölümü’ndeki Parçacık Fiziği ve Astrofizik Enstitüsü’ndeki tamamlayıcı araştırmalar, yaşanabilir bölgeli kayalık ötegezegenleri anlamak ve gelecekteki gözlemlere ve enstrümantasyon gelişimine rehberlik etmek için vazgeçilmez olan sayısal modelleme ile ilgilidir. Şimdi, ETH bilim adamları tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, dikkatlerini Dünya’ya en yakın güneş benzeri yıldızlara, α Centauri A ve α Centauri B’ye yönelttikleri böyle bir çalışmanın sonuçlarını sunuyor. Astrofizik Dergisibu sistemde var olması durumunda Dünya büyüklüğünde bir gezegenin nasıl görüneceğine dair bir kıyaslama tahmini sağlarlar.

Varsayımsal bir α-Cen-Earth

ETH astrofizikçileri Haiyang Wang, Sascha Quanz ve Fabian Seidler ile Yer Bilimleri Departmanından Paolo Sossi’yi içeren ekip, α Centauri A/B’nin yaşanabilir bölgesindeki varsayımsal bir kayalık gezegenin temel bileşimini tahmin etmek için yola çıktı. sistem. Modellemeleri, hem kaya oluşturan elementler (demir, magnezyum ve silikon gibi) hem de uçucu elementler (hidrojen, karbon dahil) için geniş bir bilginin mevcut olduğu α Centauri A ve α Centauri B’nin spektroskopik olarak ölçülen kimyasal bileşimlerine dayanmaktadır. ve oksijen).

Bu verilerden, yıldızlardan birinin yörüngesinde dönen varsayımsal bir gezegen gövdesinin olası bileşimlerini tahmin edebildiler. Bu şekilde araştırmacılar, “α-Cen-Earth” olarak adlandırdıkları model gezegenlerinin iç yapısı, mineralojisi ve atmosferik bileşimi de dahil olmak üzere özelliklerine ilişkin ayrıntılı tahminlere ulaştılar. Bu özellikler, sırayla, uzun vadeli evrimini ve potansiyel yaşanabilirliğini anlamak için merkezi öneme sahiptir.

Bu çalışma ile Wang ve meslektaşları, α Centauri A/B yörüngesindeki bir ötegezegenin büyüleyici bir görüntüsünü boyamaya başladılar. Varsa, α-Cen-Earth’in jeokimyasal olarak Dünyamıza benzer olması muhtemeldir, silikatların hakim olduğu, ancak grafit ve elmas gibi karbon taşıyan türler bakımından zenginleştirilmiş bir manto ile tahmin ederler. Kayalık iç kısmında su depolama kapasitesi, ana gezegenimizinkine eşdeğer olmalıdır. Araştırmaya göre, α-Cen-Earth, biraz daha büyük bir demir çekirdek, daha düşük jeolojik aktivite ve olası bir levha tektoniği eksikliği ile Dünya’dan ilginç şekillerde farklı olacaktır. Bununla birlikte, en büyük sürpriz, varsayımsal gezegenin erken atmosferine karbondioksit, metan ve su tarafından hükmedilmiş olabileceğiydi – 4 ila 2,5 milyar yıl önce, Dünya’da ilk yaşamın ortaya çıktığı Arkean eon’daki Dünya’ya benzer. gezegen.

Yıldız-gezegen kimyasal bağlantısı

Çalışma, kayalık bir ötegezegen üzerindeki uçucu elementler hakkında tahminler içermesi bakımından öne çıkıyor. “Karasal” gezegenlerin (ağırlıklı olarak kaya ve metalden oluşan) kimyasal bileşiminin genellikle ev sahibi yıldızlarınkini yansıttığı iyi bilinse de, bu yalnızca ateşe dayanıklı elementler için geçerlidir; yani, kaya ve metalin ana bileşenleri. Uyum, uçucu elementler için bozulur – kolayca buharlaşanlar. Bu sınıf, bir gezegenin potansiyel olarak yaşanabilir olup olmadığını anlamanın anahtarı olan hidrojen, karbon ve nitrojeni içerir.

Wang, Canberra’daki Avustralya Ulusal Üniversitesi’nde (yeni makalenin ortak yazarları olan Charley Lineweaver ve Trevor Ireland tarafından denetlenen) doktora araştırması sırasında, güneş benzeri yıldızların ve herhangi bir kayalığın kimyasal bileşimlerini birbirine bağlayan ilk nicel modeli geliştirdi. Hem uçucu hem de ateşe dayanıklı elementler için onları çevreleyen gezegenler. Wang, 2019 yılında ETH Zürih’te Quanz grubuna katıldı ve o zamandan beri bu model Daha ileri. Yıldız ve gezegen arasındaki kimyasal ilişkinin daha karmaşık modelleri de, Araştırma Gezegenlerinde Ulusal Yetkinlik Merkezi çerçevesindeki işbirlikleri aracılığıyla grup içinde geliştiriliyor.

Fırsat penceresi

Gerçekte Dünyamızın daha büyük bir kardeşini bulma olasılığı – α Centauri A/B sistemi güneşten 1,5-2 milyar yıl daha yaşlıdır – bundan daha elverişli olamazdı. 2022’den 2035’e kadar, α Centauri A ve α Centauri B, diğerinden daha az ışık kirliliği sayesinde her bir yıldızın etrafındaki gezegenlerin aranmasına fayda sağlamak için yeterince ayrılacak. Önümüzdeki yıllarda beklenebilecek yeni gözlem gücüyle birlikte, α Centauri A/B yörüngesinde dönen bir veya birkaç ötegezegenin, Cenevre Üniversitesi astrofizikçileri Michel’in 1995’ten bu yana keşfedilen yaklaşık 5.000 ötegezegeye katılacağına dair meşru bir umut var. Belediye Başkanı ve Didier Queloz (geçen yıl ETH Zürih’te fakülteye katıldı), Güneş Sistemimizin dışında, güneş benzeri bir yıldızın yörüngesinde dönen ilk gezegenin keşfini duyurdular ve bu nedenle Kanadalılarla paylaşılan 2019 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler. Amerikalı kozmolog Jim Peebles.

Wang ve ark. Güneş çevresindeki güneş benzeri yıldızların etrafındaki (varsayımsal) yaşanabilir bölgeli kayalık ötegezegenlerin ayrıntılı bir teorik karakterizasyonu açısından, ötegezegen araştırması alanı için bir kıyaslama çalışması sağlar. Bu, bu tür gezegenlerin gelecekteki gözlemlerine rehberlik etmede ve dolayısıyla geliştirilmekte olan benzeri görülmemiş, yer ve uzay tabanlı astronomik altyapılardan bilimsel dönüşü en üst düzeye çıkarmada önemlidir. Tüm bu yetenekler yerindeyken, kozmostaki gezegenlerin ve yaşamın keşfinde yeni bir bölümü sabırsızlıkla bekleyebiliriz.