ESA’nın PLATO misyonu Dünya 2.0’ı bulabilir mi?

Şu anda 4.326 yıldız sisteminde 5.788 ötegezegen doğrulanırken, binlerce aday daha onaylanmayı bekliyor. Şimdiye kadar bu gezegenlerin büyük çoğunluğu gaz devleri (3.826) veya Süper Dünyalar (1.735) olurken, yalnızca 210 tanesi “Dünya benzeri”, yani boyut ve kütle bakımından Dünya’ya benzer kayalık gezegenlerdi.

Dahası, bu gezegenlerin büyük çoğunluğunun M-tipi (kırmızı cüce) yıldız sistemleri içerisinde yörüngede döndüğü keşfedilirken, yalnızca birkaç tanesinin güneş benzeri yıldızların yörüngesinde döndüğü keşfedildi. Ancak şu ana kadar güneş benzeri bir yıldızın yaşanabilir bölgesi (HZ) içinde dönen Dünya benzeri bir gezegen keşfedilmedi.

Bunun nedeni büyük ölçüde, daha uzun yörünge dönemlerine (200 ila 500 gün) sahip Dünya büyüklüğündeki gezegenleri çözemeyen mevcut gözlemevlerinin sınırlamalarından kaynaklanmaktadır. ESA’nın PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) görevi gibi yeni nesil araçların devreye girdiği yer burasıdır.

2026’da başlaması planlanan bu görev, kayalık ötegezegenlerin neden olduğu gezegen geçişlerinin işaretlerini bulmak için 1 milyona kadar yıldızı araştırmak için dört yıl harcayacak. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, uluslararası bir bilim insanı ekibi, PLATO’nun güneş sistemini gözlemlediğinde göreceği şeye dayanarak muhtemelen ne göreceğini değerlendirdi.

Çalışma, Ph.D. Andreas F. Krenn tarafından yürütülmüştür. Avusturya Bilimler Akademisi Uzay Araştırma Enstitüsü öğrencisi. Kendisine Genève Astronomi Gözlemevi, Aix Marsilya Üniversitesi, Columbia Astrofizik Laboratuvarı, Potsdam Leibniz Astrofizik Enstitüsü (AIP), KU Leuven Astronomi Enstitüsü, Ulusal Atmosfer Araştırmaları Merkezi’nden araştırmacılar katıldı. ve Graz Üniversitesi’ndeki Kanzelhöhe Güneş ve Çevre Araştırmaları Gözlemevi.

Araştırmalarını açıklayan makale yakın zamanda yayınlandı. yayınlandı dergide Astronomi ve Astrofizik.

Çalışmalarında belirttiği gibi, G tipi bir yıldızın HZ’si içinde yörüngede dönen Dünya benzeri bir gezegen, biyolojik imzaları aramak için birincil hedef olacaktır. Bunlar arasında atmosferdeki oksijen gazı, karbondioksit, metan, amonyak ve su buharının yanı sıra yüzeyde meydana gelen fotosentez belirtileri (yani bitki örtüsünün kırmızı kenarı (VRE)) yer alır. Dünya benzeri gezegenlerin güneş benzeri yıldızlara daha yakın yörüngede dönme olasılıkları daha yüksek olduğundan, bu durum teleskoplar için çok zor olmuştur; bu durum, Doğrudan Görüntüleme veya iletim spektrumları kullanılarak atmosferleri hakkında veri elde etmeyi zorlaştırmaktadır.

Bu ikinci teknik, gökbilimcilerin parlaklıktaki periyodik düşüşler için uzak yıldızların ışık eğrisini ölçtüğü Geçiş Fotometrisini (veya Geçiş Yöntemini) içerir. Bunlar genellikle gözlemciye göre yıldızın önünden geçen (yani geçiş yapan) ötegezegenlerin sonucudur.

Bugüne kadar dış gezegenlerin büyük çoğunluğu (4.300’den fazlası veya %74,5’i) bu yöntem kullanılarak doğrulandı. Koşullar uygun olduğunda, gökbilimciler bazen ışığın ötegezegenin atmosferinden geçerken gözlemliyor ve daha sonra kimyasal bileşimini belirlemek için spektrometreler kullanılarak inceleniyor.

Ancak Krenn’in Universe Today’e e-posta yoluyla söylediği gibi bu, gökbilimciler için önemli bir zorluktu:

“Asıl zorluk, bu tür gezegenlerin ürettiği küçük sinyallerdir. Örneğin, Dünya’nın radyal hız genliği kabaca 0,1 m/s’dir. Bu, dev bir Galapagos kaplumbağasının hızına yakındır. Bu, uzaktaki bir gözlemcinin istediği anlamına gelir. Güneş’in Dünya-güneş sisteminin ortak kütle merkezi etrafındaki hareketini görebilmek için, güneşin dev bir Galapagos kaplumbağası hızında hareket ettiğini ışık yılı öteden görmeleri gerekirdi.

“Benzer şekilde, uzaktaki bir gözlemci Dünya’nın güneş diskinden geçişini gözlemlediğinde Güneş tarafından yayılan ve Dünya tarafından engellenen bağıl miktar milyonda 84 parçadır, yani %0,0084’tür. Yani uzaktaki bir gözlemcinin Dünya’nın ışığını görmesi gerekir. Bu yıldız, Dünya’yı tespit etmek için %0,0084 oranında karartılıyor.”

Üstelik Krenn, mevcut spektrografların bu kadar küçük sinyalleri ölçecek kadar hassas olmadığını da sözlerine ekledi. ESA’nın ExOPlanets Uydusunu (CHEOPS) karakterize eden ötegezegen avlama görevleri, geçiş yapan ötegezegenlerden spektrum elde etmeyi başarmış olsa da, bu kesinliğe ulaşmak için çeşitli geçiş olaylarına ihtiyaç vardı. Dünya gibi 200 ila 500 günlük aralığa sığan daha uzun yörünge dönemlerine sahip gezegenlerle uğraşırken bu kolay değil. Son olarak, araçsal etkiler ve yıldız değişkenliği, gezegensel bir sinyalden çok daha büyük mertebelerde olabilir.

ESA’nın yeni nesil PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) uzay teleskobuyla bu durumun önemli ölçüde değişmesi bekleniyor. Bu görev, 4 grup halinde düzenlenen 24 “normal” kamera ve parlak yıldızlar için 2 “hızlı” kamera dahil olmak üzere 26 kamerayı içeren çoklu teleskop yaklaşımına dayanacak. Bu cihazlar, güneş analoglarının etrafındaki Dünya benzeri gezegenlerin geçiş sinyallerini tespit etmek için en az iki yıl boyunca gökyüzünün aynı alanını sürekli olarak gözlemleyecek. Krenn şöyle dedi:

“PLATO’nun fotometrik cihazı, tek bir geçiş olayını kullanarak, güneş benzeri bir yıldızın yörüngesindeki Dünya benzeri bir gezegenin geçişini tespit edecek kadar hassas olacaktır. Yıldız değişkenliği programı ve yer tabanlı takip kampanyasıyla desteklenen, bunu başaracağımızı umuyoruz. Gürültü kaynaklarının etkilerini doğru bir şekilde hesaba katmak için PLATO, dış gezegen biliminin disiplinler arası bilimini tamamen yeni bir düzeyde kullanacak. özel bir yıldız değişkenlik programı ve kendi yere dayalı takip kampanyası.

“Tüm bu alanlardan uzmanlar, bu küçük gezegen sinyallerinin tespitini mümkün kılmak için birlikte çalışacak. Ayrıca PLATO, aynı anda binlerce yıldızı gözlemlemesine ve 2 yıllık veri üretmesine olanak tanıyan özel bir gözlem stratejisi de kullanacak. her biri için neredeyse sürekli fotometrik veriler.”

Ekip, Dünya’daki benzerleri için binlerce güneş benzeri yıldızı gözlemlerken PLATO’nun neler görebileceğini değerlendirmek için, güneşi bir temsili olarak kullanarak kısa vadeli güneş değişkenliğinin etkisini modelledi. Bu, 2010’dan bu yana sürekli olarak güneşi gözlemleyen NASA’nın Güneş Dinamikleri Gözlemevi’ndeki Helioseismik ve Manyetik Görüntüleyici (HMI) tarafından elde edilen verilerin kullanılmasından oluşuyordu. Ard arda 88 gün HMI gözlemleri kullanarak, Dünya benzeri geçiş sinyallerini ve gürültü modellerini enjekte ettiler. beş senaryo ve beş yıldız büyüklüğü için veriler ve simüle edilmiş PLATO gözlemleri.

Sonuçları, parlak hedefler için yüksek sinyal-gürültü oranıyla geçiş sinyallerinin güvenilir bir şekilde tespit edilebileceğini, ancak soluk hedefler için yine de büyük olasılıkla olduğunu gösterdi. Ayrıca PLATO misyonunun, ana hedeflerinden biri olan Dünya benzeri gezegenlerin boyutunu kesin ve doğru bir şekilde ölçme konusunda iyi bir şansa sahip olduğunu buldular. Krenn’in açıkladığı gibi, bu bulgular PLATO misyonunu bilgilendirmeye yardımcı olabilir ve tüm gürültünün ortasında Dünya analoglarının sinyallerini bulmaya yardımcı olabilir, ancak tüm gürültü kaynaklarının hesaba katıldığından emin olmak için çok fazla çalışma yapılması gerekiyor:

“Analizimizde yalnızca kısa vadeli değişkenliğin etkilerine odaklandık; bunun PLATO gözlemlerini etkileyecek birçok gürültü kaynağından yalnızca biri olduğunu biliyoruz. Bu tek gürültü türünü doğru şekilde hesaplamanın bile zor olabileceğini gördük. PLATO verilerinin son analizinin, tüm farklı gürültü kaynaklarını doğru bir şekilde hesaba katmak için çeşitli karmaşık gürültü modellerini aynı anda birleştirmesi gerekecektir. Sanırım araştırmamız, bireysel gürültü kaynaklarına ilişkin derinlemesine bir anlayışa sahip olmamız gerektiğini gösterdi. aynı zamanda en iyi şekilde nasıl birleştirileceğini de öğrenmeniz gerekir tüm bireysel modeller.”

James Webb Uzay Teleskobu (JWST), Atmosferik Uzaktan Algılamalı Kızılötesi Ötegezegen Büyük Tarama (ARIEL) teleskobu ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi diğer yeni nesil araçlar da sayısız ötegezegenin keşfedilmesine ve karakterizasyonuna olanak tanıyacak. Doğrudan Görüntüleme Yöntemini kullanarak. Yaklaşan yer tabanlı gözlemevlerinin yanı sıra, bu görevler, daha fazla Dünya benzerinin yerini tespit etmek ve bunların atmosferlerini ve yüzeylerini yaşam kanıtı için analiz etmek için gelişmiş optiklere, koronograflara ve spektrometrelere dayanacak.

Çok yakında gökbilimciler “potansiyel olarak yaşanabilir” gibi terimleri ortadan kaldıracak ve bir ötegezegenin “yaşanabilir” (ve hatta belki de “yerleşime açık”!) olduğunu güvenle söyleyebilecekler.