Открытие суперземли HD 20794 d поможет астрономам искать жизнь во Вселенной

Изучение экзопланет прошло долгий путь с момента первого обнаружения планеты, вращающейся вокруг звезды, отличной от Солнца, в 1995 году. То новаторское достижение, достигнутое с помощью метода лучевой скорости (RV), открыло Вселенную, полную возможностей.

По данным Архива экзопланет НАСА, на сегодняшний день обнаружено около 6000 подтвержденных экзопланет, однако это лишь малая часть из предполагаемых миллиардов планет в нашей галактике.

Эта обширная и развивающаяся область науки сместила акцент не только на поиск планет, но и на изучение их свойств, чтобы раскрыть подсказки о потенциальной жизни за пределами Земли.

Одним из последних и многообещающих открытий в этой области является обнаружение HD 20794 d, суперземли, находящейся всего в 19,7 световых годах от нас. Эта планета, расположенная в обитаемой зоне своей звезды, обладает потенциалом углубить наше понимание условий, необходимых для жизни. Помимо HD 20794 d, ученые подтвердили наличие еще двух планет в системе.

«Мы подтверждаем наличие трех планет с периодами 18,3142 д, 89,68 д и 647,6 д и массами 2,15 M⊕, 2,98 M⊕ и 5,82 M⊕ соответственно. Для внешней планеты мы находим эксцентриситет 0,45-0,11+0,10, тогда как орбиты внутренних планет совместимы с круговыми орбитами. Последняя, вероятно, является скалистой планетой в обитаемой зоне HD 20794» — пишут исследователи.

Эволюция точности обнаружения экзопланет

На заре исследований экзопланет основная проблема заключалась в ограничениях доступных инструментов. Ранние исследования опирались на метод лучевой скорости, который обнаруживает едва заметное движение звезды, вызванное гравитационным притяжением вращающейся планеты.

Эта технология достигла значительного прогресса с появлением высокоточного прибора для измерения радиальной скорости планет (HARPS, High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), установленного в Чили в 2003 году. HARPS достиг точности 1 метр в секунду, что позволило открыть небольшие планеты, включая первую суперземлю.

Однако в 2018 году эта область исследований продвинулась еще дальше с появлением ESPRESSO — прибора, способного обнаруживать изменения скорости величиной всего лишь 10 сантиметров в секунду.

Установленный на Очень Большом Телескопе в Чили, ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet- and Stable Spectroscopic Observations) сыграл важную роль в подтверждении существования таких планет, как Проксима d, вращающейся вокруг Проксимы Центавра, и в раскрытии деталей об экзопланетных атмосферах. Эти технологические достижения в сочетании с десятилетиями наблюдательных данных проложили путь к открытиям, таким как обнаружение HD 20794 d.

Суперземля в обитаемой зоне

HD 20794 d — это суперземля, то есть каменистая планета больше Земли, но меньше Нептуна. Она вращается вокруг звезды G-типа, похожей на Солнце, расположенной всего в 6,04 парсеках от Земли. Эта близость в сочетании с яркостью звезды делает ее идеальным кандидатом для дальнейшего изучения с использованием современных телескопов и инструментов.

Что делает HD 20794 d особенно интригующей, так это ее расположение в обитаемой зоне своей звезды. Эта зона, где потенциально может существовать жидкая вода, является критическим фактором в оценке способности планеты поддерживать жизнь.

Для таких звезд, как HD 20794, обитаемая зона простирается от 0,7 до 1,5 астрономических единиц (а.е.). Орбита HD 20794 d, полный оборот по которой занимает 647 дней, помещает ее в этот диапазон на части ее траектории.

Однако, в отличие от относительно круговой орбиты Земли, HD 20794 d следует по эллиптической траектории. Это означает, что планета чередует внутреннюю границу обитаемой зоны, где условия могут позволить воде существовать в жидком состоянии, и регионы, где вода может замерзнуть.

Эта уникальная орбитальная структура предоставляет ученым естественную лабораторию для проверки теорий о пригодности планет для обитания и потенциале жизни.

Годы наблюдений и инноваций

Открытие HD 20794 d стало кульминацией более чем 20 лет наблюдений с использованием самых современных инструментов, таких как HARPS и ESPRESSO. Исследователи тщательно проанализировали сотни ночей данных, преодолевая трудности, вызванные шумом и звездной активностью, которые могут скрывать планетарные сигналы.

Использование YARARA — алгоритма обработки данных, разработанного Женевским университетом (UNIGE), — сыграло решающую роль в отфильтровывании шумов и выявлении присутствия планеты.

Близость и характеристики HD 20794 d делают ее одной из главных целей для новых исследований экзопланетных атмосфер и обитаемости.

Будущие инструменты, такие как спектрограф ANDES на Чрезвычайно Большом Телескопе (ELT) и космические миссии, такие как Обсерватория Обитаемых Миров (HWO), могут предоставить беспрецедентные сведения об этой системе. Эти инструменты будут направлены на прямое наблюдение за атмосферами экзопланет, поиск биосигнатур, которые могут указывать на присутствие жизни.

«Если на HD 20794 d есть вода, ее переход из замороженного состояния в жидкое во время движения планеты по орбите предлагает захватывающий сценарий для потенциального возникновения жизни», — заметил Ксавье Дюмуск, научный сотрудник UNIGE. Эта динамическая среда дает уникальную возможность изучить, как развиваются планетарные условия и как они взаимодействуют с потенциалом обитаемости.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.