Мы выбираем 10 и 5 планет-кандидатов вокруг ближайших звезд для ELT/HARMONI и ELT/METIS соответственно. Поскольку пространственное разрешение ELT/HARMONI меньше диапазона построения, мы показываем пространственное разрешение ELT/METIS только вертикальной пунктирной синей линией. Планеты, расположенные справа от пунктирной линии, подходят для ELT/METIS. Все цветные точки являются подходящими планетами для ELT/HARMONI. Размер цветной точки пропорционален радиусу планеты. Цвет точки зависит от равновесной температуры. Все цветные точки данных представляют собой планеты-кандидаты, перечисленные в Таблице 1. Критерии отбора можно найти в Разделе 2.1. Серые точки — это другие экзопланеты из NEA, которые менее подходят для прямых изображений с помощью ELT. Фото: Астрономический журнал (2023 г.). DOI: 10.3847/1538-3881/ad109e
Новое исследование предполагает, что следующее поколение передовых телескопов может усилить охоту за потенциальной внеземной жизнью, внимательно изучая атмосферы близлежащих экзопланет.
Опубликованная недавно в «Астрономическом журнале» статья подробно описывает, как группа астрономов из Университета штата Огайо исследовала способность будущих телескопов обнаруживать химические следы кислорода, углекислого газа, метана и воды на 10 скалистых экзопланетах. Эти элементы представляют собой биосигнатуры, также обнаруженные в атмосфере Земли, и могут предоставить ключевые научные доказательства существования жизни.
Исследование показало, что для пары этих близлежащих миров, Проксимы Центавра b и GJ 887 b, эти телескопы очень хорошо справляются с обнаружением потенциальных биосигнатур. Из этих двух результатов результаты показывают, что только для Проксимы Центавра b машины смогли бы обнаружить углекислый газ, если бы он присутствовал. Хотя не было обнаружено ни одной экзопланеты, которая бы точно соответствовала ранним условиям жизни на Земле, эта работа предполагает, что при более детальном изучении такие уникальные Суперземли — планеты более массивные, чем Земля, но меньшие, чем Нептун, — могут стать подходящей целью для будущих исследовательских миссий.
Чтобы продолжить поиск обитаемых планет, Хуэйхао Чжан, ведущий автор исследования и старший астроном в штате Огайо, и его коллеги также стремились определить эффективность специализированных инструментов визуализации, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и других чрезвычайно Большие телескопы (ELT), такие как Европейский чрезвычайно большой телескоп, Тридцатиметровый телескоп и Гигантский Магелланов телескоп, непосредственно визуализируют экзопланеты.
«Не каждая планета подходит для прямых изображений, но именно поэтому моделирование дает нам примерное представление о том, что могли бы дать ELT и какие обещания они должны выполнить, когда будут построены», — сказал Чжан.
Прямой метод получения изображений экзопланет включает использование коронографа или звездного бленда для блокирования света родительской звезды, что позволяет ученым получить слабое изображение нового мира на орбите. Но поскольку их обнаружение таким способом может быть трудным и трудоемким, исследователи стремились увидеть, насколько хорошо телескопы ELT смогут справиться с этой задачей.
Для этого они проверили способность инструментов каждого телескопа отличать универсальный фоновый шум от планетарного шума, который они стремились уловить при обнаружении биосигнатур; Это называется отношением сигнал/шум. Чем оно выше, тем легче обнаружить и проанализировать длину волны планеты.
Результаты показали, что режим прямой визуализации одного из европейских инструментов ELT, называемого Mid-инфракрасным ELT Imager and Spectrograph, показал лучшие результаты для трех планет (GJ 887 b, Proxima b и Wolf 1061 c) при обнаружении присутствия метана, углерода диоксид и вода, в то время как его монолитный оптический и интегральный полевой спектрограф с высоким угловым разрешением мог обнаруживать метан, углекислый газ, кислород и воду, но требовал гораздо большего времени воздействия.
Кроме того, поскольку эти выводы касались инструментов, которым придется проникать сквозь химический туман земной атмосферы, чтобы продолжить поиск космической жизни, их сравнивали с текущими космическими возможностями JWST, сказал Чжан.
«Трудно сказать, лучше ли космические телескопы, чем наземные, потому что они разные», — сказал он. «У них разная среда, разные места, и их наблюдения оказывают разное влияние».
В данном случае результаты показали, что, хотя GJ 887 b является одной из наиболее подходящих целей для прямых изображений ELT, поскольку ее расположение и размер приводят к особенно высокому соотношению сигнал/шум, для некоторых транзитных планет, таких как TRAPPIST-1, В системе JWST методы изучения планетных атмосфер более подходят для их обнаружения, чем прямое получение изображений с помощью ELT на Земле.
Но поскольку в исследовании использовались более консервативные предположения, говорит Чжан, истинная эффективность будущих астрономических инструментов все еще может удивить ученых. Если оставить в стороне тонкие контрасты в производительности, эти мощные технологии служат расширению нашего понимания Вселенной и призваны дополнять друг друга, сказал Цзи Ван, соавтор исследования и доцент кафедры астрономии в штате Огайо. Вот почему необходимы исследования, подобные этому, которые оценивают ограничения этих технологий, сказал он.
«Невозможно переоценить важность моделирования, особенно для миссий, стоимость которых составляет миллиарды долларов», — сказал Ван. «Люди должны не только создавать оборудование, но и очень стараться смоделировать производительность и быть готовыми к достижению этих великолепных результатов».
По всей вероятности, поскольку ELT не будут завершены до конца десятилетия, следующие шаги исследователей будут сосредоточены на моделировании того, насколько хорошо будущие ELT-инструменты будут использоваться для исследования тонкостей безудержных доказательств существования жизни на нашей собственной планете.
«Мы хотим посмотреть, в какой степени мы сможем изучить нашу атмосферу до мельчайших деталей и сколько информации мы сможем извлечь из нее», — сказал Ван. «Потому что, если мы не сможем ответить на вопросы обитаемости с помощью атмосферы Земли, то мы не сможем начать отвечать на эти вопросы и на других планетах».
Информация от: Университетом штата Огайо.
