Šest miliard planet podobných Zemi v Mléčné dráze? Pokud je to pravda, je to ohromující. Ale číslo potřebuje nějaký kontext.
Mléčná dráha má až 400 miliard hvězd. Takže i když existuje šest miliard planet podobných Zemi, jsou stále rozšířeny široko daleko po celé naší obrovské galaxii.
Nová studie přišla s číslem šesti miliard. Spoluautory jsou Michelle Kunimoto a Jaymie Matthews, oba z University of British Columbia. Název studie je „ Prohledávání úplnosti dat Keplera. II. Odhady četnosti výskytu pro hvězdy FGK .“ Vychází v The Astronomical Journal.
Svět podobný Zemi je ten, který je skalnatý, zhruba stejně velký jako Země, a který obíhá kolem hvězdy podobné Slunci nebo typu G. Musí také obíhat kolem této hvězdy v obyvatelné zóně, což je rozsah vzdálenosti umožňující kapalnou vodu na planetě. Stojí za zmínku, že nejběžnějším typem exoplanet, které jsme detekovali, je planeta velikosti Neptun daleko od obyvatelné zóny.
Umělcova ilustrace obyvatelné zóny kolem různých typů hvězd. Kredit: NASA
'Moje výpočty stanoví horní hranici 0,18 planet podobných Zemi na hvězdu typu G,' řekl spoluautor Kunimoto v dokumentu. tisková zpráva . 'Odhad toho, jak běžné jsou různé druhy planet kolem různých hvězd, může poskytnout důležitá omezení pro tvorbu planet a evoluční teorie a pomoci optimalizovat budoucí mise věnované hledání exoplanet.'
Předchozí práce o výskytu planet podobných Zemi přinesly další čísla, od 0,02 potenciálně obyvatelných světů podobných Zemi na hvězdu podobnou Slunci až po více než jeden na hvězdu.
'Naše Mléčná dráha má až 400 miliard hvězd, přičemž sedm procent z nich je typu G,' řekl spoluautor Matthews. 'To znamená, že méně než šest miliard hvězd může mít v naší Galaxii planety podobné Zemi.'
Naprostá většina exoplanet, které jsme objevili, byla nalezena pomocí metody časování tranzitu. Automatizované observatoře, jako je Kepler, monitorovaly hvězdy z hlediska prokazatelného poklesu jasu vytvořeného planetou procházející před její hvězdou. Ale tato metoda má nevyhnutelnou zaujatost.
Vzhledem k tomu, že větší planeta způsobí mnohem výraznější pokles ve světle hvězd než menší planeta, našli jsme mnohem více velkých plynných planet, než máme menší, kamenité světy. Kepler také s větší pravděpodobností zahlédl planety s kratšími oběžnými dobami. Nemůžeme tedy jen vzít data Keplera a extrapolovat je na celou Mléčnou dráhu.
Velikosti ověřených planet těsně po zveřejnění 715 potvrzených planet z dat Keplera v únoru 2014. Výsledky Keplera nejsou skutečným znázorněním populací exoplanet, protože dokáže najít větší planety snadněji než menší. Kredit: NASA
Ve svém článku vědci píší, že „Najít planety o velikosti Země je náročné kvůli jejich malým rozměrům a nízkým poměrům tranzitního signálu k šumu (S/N), což znamená, že potrubí pro detekci planet je obtížněji odhaluje než větší planety. vyšší riziko jejich záměny s tranzitním šumem v datech.“
K překonání tohoto vzorkování použil Kunimoto techniku známou jako „dopředné modelování“.
'Začala jsem simulací celé populace exoplanet kolem hvězd, které Kepler hledal,' vysvětlila. „Každou planetu jsem označil jako ‚detekovanou‘ nebo ‚zmeškanou‘ v závislosti na tom, jak pravděpodobně je můj vyhledávací algoritmus našel. Potom jsem detekované planety porovnal s mým skutečným katalogem planet. Pokud simulace poskytla těsnou shodu, pak původní populace pravděpodobně dobře reprezentovala skutečnou populaci planet obíhajících kolem těchto hvězd.“
Jejich studie je založena na Keplerově katalogu asi 200 000 hvězd a přesných měřeních poloměru z Gaia Data Release 2. Vzali také v úvahu účinnost detekce a signály tranzitního šumu v datech. Nakonec, jak píší autoři: „Pro planety o velikostech 0,75–1,5R ?obíhající v konzervativně definované obyvatelné zóně (0,99–1,70 au) kolem hvězd typu G klademe horní hranici (84,1 percentilu)<0.18 planets per star.”
Tento obrázek ze studie ukazuje míru výskytu exoplanet kolem hvězd typu G typu Slunce. Osa y ukazuje poloměry planet a osa x ukazuje oběžné doby. Každý čtverec je také barevně označen legendou vpravo. Obrazový kredit: Kunimoto a Matthews, 2020.
Ale přijít na toto číslo bylo jen částí studie. Tato nová práce měla také co říci o tom, co je známé jako „poloměrová mezera planet“.
The rádiusová mezera je také známá jako Fultonova mezera podle Benjamina Fultona, astronoma a vědeckého pracovníka z NASA Exoplanet Science Institute. Popisuje jev nastíněný v a 2017 článek Fultona a týmu výzkumníků.
Z nějakého důvodu je velmi neobvyklé, aby exoplaneta s oběžnou dobou kratší než 100 dní měla poloměr 1,5 až 2krát větší než Země.
Poloměrová mezera exoplanet. Z nějakého důvodu je velmi neobvyklé najít exoplanetu s oběžnou dráhou kratší než 100 dní s poloměrem 1,5 až 2krát větším než Země. Obrázek z CALIFORNIA-KEPLER SURVEY.
III. MEZERA V ROZLOŽENÍ POLOMĚRU MALÝCH PLANET. Obrazový kredit: Fulton et al, 2017.
Jedním z vysvětlení této poloměrové mezery je fotoodpařování. Nejbližší planety jsou tak blízko u svých hvězd, že ztrácejí svou atmosféru v důsledku hvězdného vysokoenergetického záření jejich hvězd. Ale hvězdy po zhruba 100 milionech let zhasnou, takže větší planety s tlustšími vodíkovými/heliovými obaly si mohou stále některé své obaly ponechat, než se vysokoenergetické záření z jejich hvězdy vypne. I když si zachovají malé procento své původní H/He atmosféry, stačí to k nafouknutí jejich poloměrů.
Ale Kunimoto a Matthews našli něco jiného.
Zjistili, že tato poloměrová mezera se ve skutečnosti vyskytuje v menším rozsahu oběžných period, než ukázala předchozí práce. Výsledky týmu mohou „poskytnout omezení pro modely vývoje planet, které vysvětlují charakteristiky poloměrové mezery“.
Postava z Kunimotova a Matthewsova papíru. Šedé pozadí je Fultonova mezera, zatímco nová data jsou černá. Obrazový kredit: Kunimoto a Matthews, 2020.
Jedním z problémů tohoto typu práce je termín „obyvatelná zóna“. Přesná definice tohoto termínu neexistuje, což znamená, že může být obtížné porovnávat práci mezi různými týmy lidí. „Částečné vysvětlení nedostatku konzistence mezi literaturouhodnoty spočívá v tom, jak autoři definují „HZ“, píší autoři.
Dalším problémem je definice kamenné planety. „Dalším komplikujícím faktorem je, jak autoři definují velikost potenciálně obyvatelné kamenné planety. Příliš malá a planeta nebude schopna udržet atmosféru nebo podporovat deskovou tektoniku.'
V této práci autoři používají definici obyvatelné zóny, která je stále běžnější: od 0,99 do 1,70 astronomických jednotek. Používají také spodní hranici poloměru 0,75 poloměru Země pro kamennou planetu a 1,5 poloměru Země pro horní hranici. Jiní výzkumníci pracují s těmito stejnými definicemi.
Umělcova koncepce HD 21749c, první planety o velikosti Země, kterou nalezl satelit NASA Transiting Exoplanets Survey Satellite (TESS), stejně jako její sourozenec HD 21749b, teplý svět velikosti podneptuna. Kredit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science.
Toto nebude konečná práce o populacích exoplanet planet podobných Zemi. Jsme stále v plenkách studií exoplanet a teprve začínáme být dobří v hledání exoplanet a spolehlivě charakterizovat jejich velikosti, typ a polohy. Jak Kunimoto vysvětlil v tiskové zprávě, tento typ výzkumu nám pomůže upřesnit naše chápání populací exoplanet a toho, jak je hledat.
Ale pokud je v Mléčné dráze 6 miliard planet podobných Zemi, očekávejte, že o nich časem uslyšíte více. Mise jako NASA TESS a ESA CHEOPS posouvají hledání planet na další úroveň. Pokud existují jiné planety, které jsou jako Země, nemohou se skrývat navždy.