Už milijardų kilometrų nutolę pasauliai: kaip viskas prasidėjo ir kodėl pirmasis atradimas buvo toks keistas, kad mokslininkai nedrįso tuo tikėti (Video)

Pirmiausiai tikimasi aptikti artimiausias ir panašiausias į Žemę egzoplanetas, kurias mokslininkai vėliau galėtų tirti detaliau, aiškindamiesi teorines galimybes žmogui gyventi jų aplinkoje. Nors kai kuriose iš jau rastų egzoplanų aptinkamas uolėtas paviršius, atmosfera ir galimai egzistuojantis vanduo, bet šie veiksniai dar nėra pakankamas pagrindas gyvybei jose egzistuoti.

Naujų, gyvenimui tinkamų egzoplanetų, paieška ir tyrimai verčia tobulinti specialią įrangą bei kaupti astrofizikos, chemijos, biologijos, geofizikos, technologijos ir kitų mokslų žinios. Tačiau Vilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos instituto mokslininkai šioje srityje kylančių iššūkių nebijo ir užtikrintai žengia priešakinėse aktualius egzoplanetų tyrimus atliekančių tyrėjų gretose.

Pirmosios egzoplanetos atradimas

Tikriausiai galvojate, kad atradę pirmąją planetą prie kitos žvaigždės mokslininkai didžiuodamiesi žengė į tarptauninės konferencijos tribūną ir iškilmingai pranėšė apie tai kolegoms ir pasauliui? Padarius reikšmingą atradimą, dažnai taip ir būna – bet ne šį kartą. Kukliame stendiniame pranešime, pateiktame 1995 m. Florencijoje vykusioje konferencijoje „Šaltos žvaigždės, žvaigždžių sistemos ir Saulė“, buvo rašoma, kad prie Saulės tipo žvaigždės Pegaso 51 yra aptiktas ne mažiau kaip pusės Jupiterio masės objektas, trikdantis žvaigždės judėjimą. Buvo spėjama, kad tai negalėtų būti kita žvaigždė – nes Pegaso 51 šviesio kitimų nebuvo užregistruota.

Nors ir kukliai pateiktas, šis pranešimas sukėlė didelį konferencijos dalyvių susidomėjimą – negi tai tikrai įvyko – atrasta egzoplaneta. Tikrinti suskubo ir radialinio žvaigždžių greičio matuotojai, ir žvaigždžių šviesio kitimų tyrėjai įvairiose pasaulio observatorijose. Vos per 10 dienų atradimas buvo patvirtintas ir jau po mėnesio Ženevos observatorijos astronomas Mišelis Mayoris ir Kembridžo universiteto mokslinkas Didieras Quelozas žurnale „Nature“ paskelbė, kad aplink Pegaso 51 skrieja maždaug Jupiterio masės planeta – tačiau jos nuotolis nuo žvaigždės yra mažesnis nei Merkurijaus nuo Saulės. Būtent šis faktas, kad masyvus objektas skrieja arti žvaigždės, buvo tiek neįtikėtinas, kad Kanados astronomai dar 1988 m. įtarę egzoplanetos egzistavimą prie Cefėjaus Gama žvaigždės net nedrįso to paskelbti.

Tranzitų metodas

Po kelerių metų egzoplanetų paieškoms buvo pradėtas taikyti tranzitų metodas. Šis metodas yra pagrįstas tuo, kad planetai praslenkant pro žvaigždę, laikinai sumažėja jos spinduliuotė. Šis metodas pasirodė išties galingas – jis leidžia nustatyti ne tik planetos masę (ką leidžia ir radialinių greičių metodas), bet ir dydį. Pirmosios 1999 m. šiuo metodu atrastos egzoplanetos prie HD 2009458 žvaigždės masė buvo 70 proc. Jupiterio masės, bet dydis pasirodė yra apie 35 proc. didesnis nei Jupiterio. Taip buvo galima nustatyti, kad ji yra dujinė ir labai karšta – nes skrieja arti žvaigždės.

Egzoplanetų paieška tranzitų metodu reikalauja labai didelio matavimų tikslumo. Žemės dydžio planeta tokią žvaigždę kaip Saulė užtemdytų vos 0,008 proc. Todėl buvo nuspręsta tokius stebėjimus vykdyti virš Žemės atmosferos – kad nebūtų jos sukeltų žvaigždžių šviesos mirgėjimų. Prancūzijos kosmoso agentūra su partneriais pirmieji suskubo paleisti kosminį teleskopą – nuo 2006 iki 2013 m. veikus CoRoT kosminė observatorija atrado 32 egzoplanetas, o jų tarpe ir Žemės tipo uolingą egzoplanetą. Prie keleto žvaigždžių buvo aptikta ir po dvi egzoplanetas.

Žemės tipo egzoplaneta Corot-7b buvo toli gražu nuo tų planetų, kokias norėjosi rasti. Nors ji tik maždaug pusantro karto didesnė už Žemę, bet skrieja daug arčiau prie žvaigždės nei Merkurijus prie Saulės – ir jos paviršius yra taip įkaitintas, kad turbūt ten yra tik burbuliuojanti lava.

Esmins proveržis ieškant egzoplanetų buvo pasiektas 2009 m. kovo mėn., NASA paleidus kosminį Keplerio teleskopą. Su šiuo teleskopu, veikusiu iki 2018 m. spalio, astronomai stebėjo virš 530 tūkst. žvaigždžių ir atrado 2662 egzoplanetas – tame tarpe pusšimtį, skriejančių gyvybės zonoje!

Pradinis Keplerio teleskopu identifikuotų egzoplanetų kandidačių skaičius buvo dvigubai didesnis, bet ne visos buvo patvirtintos antžeminiais spektriniais, fotometriniais ar radialinių greičių stebėjimais. Prie šių darbų prisidėjo ir VU astrofizikai, žvaigždžių tyrimus atlikę Molėtų astronomijos observatorijoje. Kiekvienam teleskopui, su kuriuo astronomai gali prisidėti prie antžeminių Keplerio misijos stebėjimų, pagal jo dydį yra sudaromas objektų sąrašas. Atlikus stebėjimus jie surenkami į vieną centrą, išanalizuojami ir padaromos išvados apie egzoplanetą.

Stebinanti egzoplanetų įvairovė

Naujai atrandamos planetos buvo viena už kitą įdomesnės ir keliančios vis daugiau klausimų. Čia tikrai labai tinka posakis – kuo giliau į mišką, tuo daugiau medžių. Yra randamos ne tik dujinės milžinės, bet ir dujinės nykštukės, ne tik Žemės tipo uolingos planetos, bet ir uolingos milžinės. Egzotiškų egzoplanetų tarpe puikuojasi Kepler-10c, kuri yra 17 kartų didesnė už Žemę, bet turi kietą paviršių. Vėžio 55e yra du kartus didesnė už Žemę, bet aštuonis kartus sunkesnė. Ši planeta yra labai arti žvaigždės, apskrieja per 17 val. 41 min., o vidutinė temperatūra siekia 2,4 tūkst. laipsnių. Tikriausiai tai deimantinis rutulys su degančiu anglies paviršiumi. Yra rasta egzoplanetų, kurių orbitos yra ištemptos kaip kometų, o Kepler-16b atveju yra įrodyta, kad ji skrieja aplink dvi žvaigždes.

Kepler-186f, apie kurios atradimą buvo paskelbta 2014 m. balandžio 17 d., buvo pirmoji atrasta Žemės dydžio planeta, skriejanti gyvybei tinkamoje srityje. Jos orbita yra tokiu atstumu nuo žvaigždės, kad paviršiuje tikrai galėtų būti skysto vandens.

Kepler-186f yra uolėta maždaug 10% už Žemę didesnė planeta. Ši planeta priklauso penkių planetų sistemai, iš jų dar dvi, tik šiek tiek didesnės, taip pat yra gyvybės zonoje. Planetų sistemos centre esanti žvaigždė yra gerokai mažesnė už mūsų Saulę raudonoji nykštukė, esanti 490 šm atstumu nuo mūsų. Šios žvaigždės yra dažnos ir sudaro daugiau nei 70% mūsų Galaktikos žvaigždžių. Tikėtina, kad gyvybės zonoje skriejančių planetų yra daugybė.

Yra atrasta labai senų egzoplanetų, kurių amžius siekia 80 % Visatos amžiaus. Šis atradimas byloja, kad Žemės dydžio planetos formavosi beveik nuo pat Paukščių Tako galaktikos gimimo. Penkios egzoplanetos skrieja aplink 11,2 mlrd. metų amžiaus žvaigždę Kepler-444. Ši žvaigždė yra apie 25 % mažesnė už Saulę ir nuo mūsų nutolusi 117 šviesmečių atstumu. Visos penkios planetos yra maždaug Veneros dydžio arba mažesnės, turi uolėtą paviršių, bet kol kas nieko nėra žinoma apie jų cheminę sudėtį. Planetų prie tokios senos žvaigždės atradimas rodo, kad Visatoje gali egzistuoti ir labai senos civilizacijos. Palyginimui, Žemė ir kiti objektai Saulės sistemoje susiformavo tik prieš 4,6 mlrd. metų. Tačiau Kepler-444 atveju, kai planetos yra labai arti žvaigždės ir labai karštos, nes aplink žvaigždę apskrieja greičiau nei per 10 dienų, skysto vandens jose neturėtų būti ir gyvybės egzistavimas yra abejotinas.

Tiriamos gyvenimui tinkamos egzoplanetos

Kai skaitome pranešimus, kad buvo surasta egzoplaneta gyvybei tinkamoje zonoje, pagal apibrėžimą tai reiškia, kad toje planetoje gali būti skysto vandens. Tam, kad galėtume planetoje gyventi reikia daug daugiau sąlygų. Mūsų Saulės sistemoje gyvybės zona yra maždaug nuo Veneros iki Marso, bet jau žinome, kad šiose planetose gyvenimo sąlygos nėra tinkamos žmogui, nerasta ten ir kitų gyvybės formų. Gyvybės zonos ribos apie žvaigždes kaičiasi priklausomai nuo jų evoliucijos tempo. Pvz., yra įvertinta, kad mūsų Saulės spinduliuotė į Žemės paviršių prieš milijardą metų buvo maždaug 8 % mažesnė. Gyvybės zona nuo Saulės tolsta. Būtų gerai surasti gyvenimui tinkamą planetą prie mažesnės ir vėsesnės nei Saulė žvaigždės. Tokios žvaigždės evoliucionuoja lėčiau ir būtų galima gyventi daug ilgiau.

Visi apsidžiaugė, kai prie Kentauro Proksima žvaigždės buvo surasta egzoplaneta, kuri yra ne tik septynis kartus mažesnė už Saulę ir beveik dukart vėsesnė, bet ir yra arčiausiai prie Saulės sistemos esanti žvaigždė. Nuotolis iki jos yra 4,2 šviesmečių, o maždaug 1,3 Žemės masės planeta skrieja gyvybės zonoje. Tačiau yra problema, kad Kentauro Proksima yra labai aktyvi. Ji į planetos paviršių kas 10 – 30 valandų pažeria trisdešimt kartų stipresnius nei Saulė ekstremalius ultravioletinius spindulius ir net 250 kartų stipresnius rentgeno spindulių žybsnius. Planetas nuo žvaigždžių spindulių šiek tiek apsaugo magnetinis laukas jei yra geležinis branduolys. Ši egzoplaneta bus toliau tiriama, bet joje sąlygos gyvybei, tikriausiai, nėra tinkamos.