ربما لا توجد طريقة لمعرفة ما إذا كانت الكواكب صالحة للسكنى تدور حول بروكسيما سنتوري ... حتى الآن!
أقرب جيراننا من النجوم هو Proxima Centauri ، وهو نجم من النوع M (قزم أحمر) يقع على بعد 4.24 سنة ضوئية (جزء من نظام Alpha Centauri الثلاثي). في عام 2016 ، اندهش المجتمع الفلكي لمعرفة ذلك كوكب شبيه بالأرض تدور في محيط هذا النجم الشمسي منطقة صالحة للسكنى (هرتز). بالإضافة إلى كونه أقرب كوكب خارج المجموعة الشمسية إلى الأرض ، كان Proxima b يعتبر أيضًا المكان الواعد للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض لبعض الوقت.
لسوء الحظ ، انقسم المجتمع العلمي حول ما إذا كانت الحياة ممكنة على هذا الكوكب أم لا. تشير كل هذه الدراسات إلى أنه لا يمكن الإجابة على هذا السؤال حتى يصف علماء الفلك الغلاف الجوي لبروكسيما ب ، من الناحية المثالية من خلال مراقبته أثناء مروره أمام نجمه المضيف (المعروف أيضًا باسم. العابر). ولكن بشكل جديد دراسة تدعمها وكالة ناسا ، قرر فريق بقيادة علماء الفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو أن هذا احتمال غير مرجح.
الدراسة التي تصف نتائجهم ، والتي ستظهر قريبًا في الحدود في علم الفلك وعلوم الفضاء ، بقيادة إميلي إيه جيلبرت ، وهو طالب متخرج في قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو. انضم إليها باحثون من قبة أدلر السماوية ، ال مركز علوم وتكنولوجيا الفضاء (جامعة ماريلاند) ، و معمل الكواكب الخارجية والفيزياء الفلكية النجمية في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا.
TOI 1338 b هو كوكب دائري يدور حول نجميه. تم اكتشافه بواسطة TESS. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / كريس سميث
المسؤولون عن الاكتشاف هم Guillem Anglada-Escudé وفريق من علماء الفلك من نقطة حمراء شاحبة الحملة الانتخابية. باستخدام عالية الدقة شعاعي سرعة الكوكب الباحث (هاربس) مطياف على تلسكوب ESO بطول 3.6 متر في مرصد لا سيلا التابع لمنظمة ESO ، أكد الفريق وجود Proxima b باستخدام طريقة تُعرف باسم Doppler Spectroscopy (المعروف أيضًا باسم طريقة السرعة الشعاعية ).
تتكون هذه الطريقة من مراقبة أطياف النجوم بحثًا عن علامات 'التذبذب' ، حيث يتحرك النجم بالقرب من الأرض. يحدث هذا بسبب تأثير الجاذبية للكواكب التي تدور حول النجم ، والذي يستخدم مداها لاستنتاج كتلة الكواكب. في حالة بروكسيما ب ، حصل علماء الفلك على حد أدنى للكتلة مقداره 1.24 وتقدير أقصى يبلغ 2.06 كتلة أرضية.
تم تأكيد وجودها مرة أخرى في عام 2020 باستخدام ESO تلسكوب كبير جدا (VLT) و مطياف Echelle لرصد كوكب خارج المجموعة الشمسية الصخرية والمستقرة الطيفية جهاز (ESPRESSO) - خلفاء مقياس الطيف HARPS. بينما تم اكتشاف معظم الكواكب الخارجية حتى الآن باستخدام امتداد طريقة العبور (المعروف أيضًا باسم Transit Photometry) ، كان هذا يعتبر غير عملي بالنسبة لنجم مثل Proxima Centauri ، وهو نجم منخفض الكتلة وأقل سطوعًا من النوع M (قزم أحمر).
ولكن كما أشارت جيلبرت وزملاؤها في دراستهم ، فإن هذا لم يمنع العديد من فرق البحث الفلكية من محاولة اكتشاف الكواكب التي تمر أمام بروكسيما سنتوري. على سبيل المثال. البروفيسور Kipping وزملاؤه من معمل Cool Worlds في جامعة كولومبيا ، لاحظ بروكسيما سنتوري لمدة 43.5 يومًا بين 2014-2015 باستخدام وكالة الفضاء الكندية تقلب وتذبذب النجوم (معظم) الأقمار الصناعية.
عرض فنان لقمر مسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS). الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
في عام 2016 ، قام فريقان بحثيان بشكل مستقل بمراقبة Proxima Centauri بحثًا عن علامات عبور باستخدام مرصد لاس كامباناس في تشيلي و ال تلسكوب برايت ستار للمسح في محطة تشونغشان في أنتاركتيكا. وجد كلا الاستطلاعين أدلة على عمليات عبور محتملة لكنهما لم يتمكنوا من تأكيدها. في 2018-2019 ، أصدر فريق دولي دراسة من جزأين تتعلق بمئات الملاحظات التي تمت بين عامي 2006 و 2017 من المراصد في جميع أنحاء الأرض. في كل من أصلي و ال متابعة الدراسة ، أشار المؤلفون إلى أنه لم يلاحظ أي عبور.
من أجل دراستهم ، اعتمدت جيلبرت وفريقها على البيانات التي تم جمعها بواسطة عبور قمر صناعي لمسح الكواكب الخارجية (تيس) ، خليفة تلسكوب كبلر الفضائي . باستخدام مجموعة جديدة من الخوارزميات ، فحص الفريق حملتين للمراقبة TESS مصنوعة من Proxima Centauri - من 23 أبريل إلى 18 يونيو 2019 ، ومن 29 أبريل إلى 26 مايو 2021 - بحثًا عن علامات عبور بروكسيما ب.
تضمنت أيضًا خوارزمية نموذجية للنشاط النجمي لـ Proxima Centauri ، والتي تبعث شعلات الضوء الأبيض مرتين إلى ثلاث مرات في اليوم أو أكثر (بعضها قوي جدا ). في الواقع ، في أ دراسة 2016 شارك في تأليفه ديفيد كيبينغ ، وقد اقترح أن التوهجات قد تهيمن على Proxima Centauri لدرجة أن ملاحظات السلاسل الزمنية لمنحنى الضوء يمكن اعتبارها في المقام الأول تراكبًا للعديد من التوهجات. كما أشارت جيلبرت وزملاؤها في دراستهم ، فقد جعل هذا دائمًا البحث عن إشارات عبور الكواكب أمرًا صعبًا للغاية مع Proxima Centauri:
'هذا المستوى من النشاط يمكن أن يعقد البحث عن الكواكب الخارجية العابرة بسبب الضوضاء الإضافية في البيانات. تتمثل الطريقة النموذجية للتعامل مع التوهجات الكبيرة في التعرف عليها وإزالتها إما باستخدام خوارزميات الكشف عن التوهج أو قص سيغما البسيط.
'هنا نتبع نهجًا مختلفًا ، نحدد التوهجات باستخدام خوارزمية مخصصة ، ونمذجة التوهجات باستخدام قالب ، ونطرح هذه التوهجات من البيانات ، ثم نجري بحث النقل. ثم نقوم بحقن العبور في منحنى الضوء لاختبار حساسيتنا للكواكب العابرة '.
يمكن أن تهدد التوهجات النجمية الحياة على الكواكب القزمة الحمراء. الائتمان: ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / د. لاعب (STScI)
قد يسأل المرء السؤال ، لماذا يصر علماء الفلك على البحث عن عمليات العبور؟ الجواب بسيط: إذا كان Proxima b سيعبر أمام شمسه ، يمكن لعلماء الفلك الحصول على التحليل الطيفي للإرسال من الضوء الذي يمر عبر غلافه الجوي. سيسمح لهم ذلك بتمييز وجود التوقيعات الكيميائية وتقييد تكوين الغلاف الجوي للكوكب ، بما في ذلك المؤشرات الحيوية المحتملة.
استخدم الفريق خوارزميتين مختلفتين للبحث عن الكواكب لاكتشاف إشارات عبور الكواكب في بيانات TESS كخطوة تالية. أولاً ، استخدموا ملف المربعات الصغرى للعبور (TLS) تم تطويره بواسطة Michael Hippke و René Heller (مرصد Sonneberg ومعهد Max Planck لأبحاث النظام الشمسي ، على التوالي). ثانيًا ، قاموا بتوظيف البحث الآلي عن النقل العابر شبه الدوري (QATS) بواسطة زميل هابل جوشوا كارتر وإريك أغول - من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) وجامعة واشنطن.
ومع ذلك ، لم تجد جيلبرت وفريقها أي دليل على حدوث عمليات عبور في البيانات. للتأكد من ذلك ، قاموا بحقن إشارات كوكب عابرة اصطناعية في بيانات TESS لتحديد الظروف التي يمكن اكتشاف كوكب عابر. بناءً على ذلك ، قرروا أن الكواكب الخارجية التي تدور حول كوكب بروكسيما سنتوري HZ يجب أن تقيس أقل من 0.4 إلى 0.5 نصف قطر الأرض (على غرار المريخ) حتى يمكن اكتشافها. هذا يستبعد Proxima b ، الذي يقيس ما بين 0.68 و 2.5 نصف قطر الأرض.
هذه أخبار مخيبة للآمال للباحثين عن الكواكب الخارجية ، لأنها تؤكد أن الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها تمييز Proxima b هي إرسال مهمة فعلية هناك. في هذا الصدد ، مشاريع مثل اختراق Starshot ومفاهيم 'الشراع الخفيف' الأخرى يجب أن تحدث قبل أن يتمكن العلماء من تحديد ما إذا كان أقرب جيراننا من الكواكب الخارجية مناسبًا للحياة. ومع ذلك ، قد يكون من الممكن أيضًا تصوير Proxima b مباشرةً في المستقبل القريب باستخدام تلسكوبات الجيل التالي.
انطباع الفنان عن عبور متزامن لثلاثة كواكب أمام كبلر 11 ، كما لوحظ في مركبة الفضاء كبلر التابعة لناسا في 26 أغسطسذ، 2010. Credit: NASA / Tim Pyle
وهذا يشمل تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، والتي من المقرر إطلاقها في 18 ديسمبر ، و تلسكوب نانسي جريس الروماني الفضائي ، والتي ستتبع في عام 2027. المراصد الأرضية مثل المرصد ESO تلسكوب كبير للغاية (ELT) ومعهد كارنيجي للعلوم تلسكوب ماجلان العملاق (GMT) ستكون قادرة أيضًا على إجراء دراسات التصوير المباشر باستخدام المرايا الكبيرة وأجهزة الطيف وأجهزة التصوير التاجي والبصريات التكيفية.
ستستفيد هذه المراصد وغيرها من تقنيات التعلم الآلي من الجيل التالي (مثل تلك التي طورتها جيلبرت وزملاؤها). سيسمح حساب مستوى النشاط النجمي لعلماء الفلك بإثارة توقيعات الكواكب الخارجية من كل ضوضاء الخلفية بدقة أكبر. كما استنتجوا في دراستهم:
'مع مهمة TESS المستمرة بالإضافة إلى المهام المخطط لها مثل طبق قد تكون هذه التقنية مفيدة للغاية في اكتشاف الكواكب الصغيرة التي تدور حول النجوم المضيفة النشطة. هناك العديد من النجوم القريبة النشطة منخفضة الكتلة ، والطرق التي قدمناها هنا يمكن أن تحسن بشكل كبير حساسيتنا للكواكب الصغيرة التي تعبر هذه النجوم. '
مع هذه الأدوات والأدوات والمراصد الموجودة تحت تصرفهم ، يتوقع علماء الفلك توسيع كتالوج الكواكب الخارجية بشكل كبير ( تم تأكيد 4569 والعد!) في السنوات القادمة ، وكذلك تسريع الانتقال إلى توصيف الكواكب الخارجية. في هذه المرحلة ، سيتم أخيرًا الإجابة عن بعض الأسئلة الأكثر إلحاحًا (مثل ، 'هل نحن وحدنا في الكون؟').
قراءة متعمقة: arXiv