Vilket teleskop blir det första att upptäcka utomjordiskt liv? Forskare har några idéer

En titt in i framtiden exoplanet Vetenskapen tipsar om vad som komma skall Europeiskt extremt stort teleskop (ELT) kommer att ge oss vår bästa chans att upptäcka närliggande biosignaturer under de kommande två decennierna steniga världar kretsar kring andra stjärnor. Det är slutsatsen av en ny studie som simulerade vad som krävs för att karakterisera världar utanför vårt solsystem som har den lockande utsikten till liv, som Proxima Centauri b.

Denna studie kommer att göra det möjligt för astronomer att rikta in sig på viktiga exoplanetära mål under 2030-talet och framåt.

Förutom att mäta exoplaneternas bulkegenskaper – massa, radie och omloppsperiod – lär sig astronomerna också om dessa extrasolära världar genom att studera deras atmosfärer. De James Webb rymdteleskop (JWST) Detta sker till exempel via transitspektroskopi. När en planet passerar genom sin stjärna (dvs. rör sig framför den) som den ses av teleskopet, passerar en del av stjärnans ljus genom planetens atmosfär. Alla atmosfäriska molekyler som finns i denna atmosfär kan absorbera stjärnljuset. Viktigt är att olika molekyler absorberar vid specifika våglängder, så varje våglängd representerar signaturen för en specifik molekyl. JWST upptäckte nyligen bevis på metan och koldioxid i Atmosfär för exoplaneten K2-18bTill exempel.

Relaterad: Maskininlärning kan hjälpa till att upptäcka utomjordisk teknologi. Här är hur

Våra maskiner kan dock bara observera en liten del av planeterna som passerar sina stjärnor, vilket betyder att forskare måste använda en annan metod för att karakterisera exoplanetära atmosfärer. Det gäller både världar som inte alls är på genomresa, och världar som kan passera utan att vi märker det.

En möjlighet är direkt avbildning, men direkt avbildning av exoplaneter är ett svårt uppdrag.

Medan dussintals exoplaneter har avbildats hittills, som HD 950086bDe är alla unga, stora världar som fortfarande är heta av sina bildningsprocesser. Därför lyser de starkt i infrarött ljus, även om de befinner sig på stora vinkelavstånd från sin moderstjärna. Med andra ord, vi kan inte se detaljer i dessa världar – planeterna uppträder bara som ljuspunkter – men gömda i deras ljusmönster finns absorptionslinjer förknippade med atmosfäriska molekyler. Men att plocka ut dessa spektrala detaljer kräver ett mycket stort teleskop för att få ett tillräckligt högt signal-brusförhållande av planetens ljus kontra bakgrundsdata.

Ett diagram som visar olika molekyler detekterade i atmosfären av K2-18b

Ett diagram som visar olika molekyler detekterade i atmosfären av K2-18b

Spektrumet för exoplaneten K2-18b visar absorptionslinjer för molekyler i dess atmosfär, detekterade av JWST med hjälp av transitspektroskopi. (Bildkredit: NASA/CSA/ESA/J. Olmstead (STScI)/N. Madhusudhan (Cambridge University))

Så med en trio av gigantiska markbaserade observatorier som skulle se första ljuset under det kommande decenniet, ville astronomerna Huihao Zhang, Ji Wang och Michael Plummer från Ohio State University testa hur väl dessa kommande glimtar av universum skulle karakterisera exoplaneter genom direkt avbildning . Målet var att ta reda på hur mycket bättre de utför denna uppgift jämfört med transitspektroskopi utförd av JWST:s 6,5 meter (21 fot) spegel.

Dessa tre nästa generations markbaserade teleskop är 39-meters (128-fot) European Extremely Large Telescope (ELT), 98-fots Thirty Meter Telescope (TMT) på Mauna Kea och 24-meters (79-fots) ) teleskop. Jätte Magellan-teleskopet (MEDEL GREENWICH TID). ELT och GMT pågår konstruerad på olika platser i den chilenska Atacamaöknen; Det var först i december förra året som de första spegelsegmenten för ELT skickades till Sydamerika.

“Det är svårt att säga om rymdteleskop är bättre än markbaserade teleskop eftersom de är annorlunda”, sa Zhang i ett pressmeddelande. “De har olika miljöer, olika platser och deras observationer har olika influenser.”

En representation av hur ELT kommer att se ut.  Det verkar vara ett metallfärgat, enormt observatorium i en ökenliknande region.En representation av hur ELT kommer att se ut.  Det verkar vara ett metallfärgat, enormt observatorium i en ökenliknande region.

En representation av hur ELT kommer att se ut. Det verkar vara ett metallfärgat, enormt observatorium i en ökenliknande region.

En konstnärs intryck av hur Extremely Large Telescope kommer att se ut när det är färdigbyggt. (Bildkredit: ESO)

Zhang, Wang och Plummer simulerade prestandan hos två instrument på ELT – den mellaninfraröda ELT-bildkameran och spektrografen (METIS) och den högvinklade monolitiska optiska och nära-infraröda integrerade fältspektrografen (HARMONI). De modellerade dessa instrument efter tio riktiga exoplaneter som kretsade i närheten röd dvärg stjärnor och testa hur väl de kan upptäcka potentiella biosignaturer som molekylärt syre, koldioxid, metan och vatten genom direkt avbildning.

“Inte alla planeter är lämpliga för direkt avbildning,” sa Zhang. “Men det är därför simuleringar ger oss en ungefärlig uppfattning om vad ELT skulle ha levererat och vad den lovar om den byggdes.”

Resultaten var blandade. En värld som heter FY 887bsom är en superjord fyra gånger så massiv som vår planet Att kretsa runt den ljusaste röda dvärgen på vår himmel cirka 11 ljusår från oss presterade bäst i simuleringarna. Särskilt METIS visade sig kunna detektera de tidigare nämnda biosignaturgaserna i sin atmosfär. I simuleringarna kunde METIS även detektera samma biosignaturer på exoplaneterna Proxima b och Wolf 1061c, medan HARMONI kunde göra samma upptäckter men krävde längre exponeringstider.

En enorm vy av solen vid soluppgången ses silhuett bakom en ELT under konstruktion.En enorm vy av solen vid soluppgången ses silhuett bakom en ELT under konstruktion.

En enorm vy av solen vid soluppgången ses silhuett bakom en ELT under konstruktion.

Extremely Large Telescope är för närvarande under uppbyggnad på Cerro Armazones i Atacamaöknen. (Bildkredit: E. Garcés/ESO)

Emellertid kommer ELT sannolikt att möta svårigheter med att direkt kartlägga och karakterisera universums sju världar TRAPPIST-1 systemet, säger teamet, eftersom “atmosfäriska visningsbegränsningar” hindrar försök att få viktiga små vinkelavståndsmätningar av planeterna från deras stjärna. I det här fallet fungerar JWST:s transitspektroskopi bättre här, men även observatoriet på 10 miljarder dollar kämpar.

Preliminära resultat från JWST antyder att TRAPPIST-1:s innersta planeter, världarna B och C, inte har någon atmosfär. Det kan ta år för JWST att samla in tillräckligt med data för att dra slutsatser om de andra fem TRAPPIST-1-världarna, inklusive planeterna d, e och f, som finns där beboelig zon.

Förmågan och begränsningarna hos ELT och JWST kommer inte att vara det sista ordet om karakteriseringen av exoplaneter. Det senaste decadal undersökning i astronomi från National Academy of Science har utvecklat en ny, enormt rymdteleskop accelereras till ett lanseringsdatum på 2040-talet med en spegel på minst åtta meter i diameter. Ett sådant teleskop skulle vara optimerat för att upptäcka, avbilda och karakterisera steniga världar i beboeliga zoner runt närliggande stjärnor, inklusive Proxima b.

Liknande inlägg:

— Att upptäcka utomjordiskt liv kan vara lättare om vi söker efter “juravärldar.” Här är varför

– Jorden sänder ut “biosignaturer” i rymden, vilket tyder på att andra livsbärande världar kan göra detsamma

– Liv bortom jorden kan bildas i rymdens kallaste djup, visar Ryugu-asteroidprover

Tills dess tror Zhang, Wang och Plummer att nästa generation av stora markbaserade teleskop och JWST kan föra astronomer samman för att börja studera exoplaneter och se om några av dem faktiskt kan stödja liv – åtminstone som vi känner det.

Deras resultat publicerades i december 2023 The Astronomical Journal.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *