Ile jest planet jak Ziemia w naszej galaktyce?

Planety jak Ziemia – ile jest ich w naszej galaktyce?

Wokół połowy gwiazd podobnych do Słońca w Drodze Mlecznej mogą krążyć planety podobne do Ziemi. Nowe badania sugerują, że istnieje co najmniej 300 mln takich obiektów, a może być ich dużo więcej.

Do tej pory potwierdzono istnienie ponad 4300 egzoplanet i nie ulega wątpliwości, że nasza galaktyka jest nimi wypełniona. Ale poszukiwanie tych nowych światów to coś więcej niż tylko „kolekcjonowanie Pokemonów” – kluczowe jest znalezienie takiej planety, która mogłaby być potencjalnym domem dla życia, przyszłych ludzi, którzy znaleźliby sposób na pokonanie ogromnych odległości. Najlepszą okazją do znalezienia takiej planety jest poszukiwanie obiektu przypominającego Ziemię.

W poszukiwaniu Ziemi 2.0

Jaki jest lepszy sposób na odnalezienie Ziemi 2.0 niż przeszukiwanie gwiazd podobnych do Słońca? Analiza danych o egzoplanetach zebranych przez należący do NASA kosmiczny teleskop Keplera (działający w latach 2009-2018) przyniosła nowe przewidywania dotyczące tego, ile jest w Drodze Mlecznej gwiazd porównywalnych do Słońca pod względem temperatury i wieku. Naukowcy przeanalizowali także, ile z tych gwiazd może być orbitowanych przez skaliste, potencjalnie nadające się do zamieszkania planety, jak Ziemia.

Czy Ziemia jest jedyna w swoim rodzaju?

W przypadku analizy 4,1 miliarda gwiazd podobnych do Słońca w Drodze Mlecznej, nowy model sugeruje, że istnieje co najmniej 300 milionów układów z co najmniej jedną planetą nadającą się do zamieszkania. Mniej konserwatywne prognozy wskazują, że takich egzoplanet może być nawet ponad 3,6 miliarda.

Naukowcy podjęli w przeszłości kilka prób wykorzystania danych z Keplera do oszacowania, ile gwiazd podobnych do Słońca w Drodze Mleczne ma potencjalnie nadające się do zamieszkania egzoplanety na swoich orbitach. Ale te badania dostarczyły odpowiedzi, które wahały się od mniej niż 1 % do ponad 100 % (tj. wiele planet wokół tych gwiazd). Steve Bryson z NASA Ames Research Center w Kalifornii, który kierował ostatnimi badaniami mówi, że to odzwierciedla, jak trudno pracowało się z tymi danymi.

Przyczyniły się do tego dwa czynniki: niekompletne dane i konieczność usunięcia fałszywych detekcji z obserwacji Keplera.

Gdzie możemy zamieszkać?

Nowe badanie rozwiązuje oba te problemy. Wykorzystano pełny zestaw danych o egzoplanetach z Keplera (ponad 4000 detekcji ze 150 000 gwiazd), ale także informacje o gwiazdach z należącej do ESA sondy Gaia, której celem jest stworzenie kompletnej mapy gwiazd Drogi Mlecznej. Dzięki temu uzyskano szacunki dokładniejsze niż kiedykolwiek wcześniej, z mniejszym niepewnościami pomiarowymi. Udało się to dzięki zastosowaniu innowacyjnych algorytmów usuwających zaciemnione elementy i pozostawiając tylko prawdziwe egzoplanety (potwierdzone).

Czy kiedyś znajdziemy planetę nadającą się do zamieszkania?

Zespół Brysona, uzbrojony zarówno w dane z Keplera, jak i z Gaii, był w stanie określić tempo formowania się gwiazd podobnych do Słońca w galaktyce, liczbę gwiazd mogących mieć planety skaliste (o promieniu od 0,5 do 1,5 razy większym od ziemskiego) oraz prawdopodobieństwo, że planety te będą nadawały się do zamieszkania.

Badania Brysona wykazały, że średnio 37-60 % gwiazd podobnych do Słońca w Drodze Mlecznej powinno być domem dla przynajmniej jednej potencjalnie nadającej się do zamieszkania planety. Optymistycznie rzecz biorąc, liczba ta może wynosić nawet 88 %. Konserwatywne obliczenia sprowadzają tę liczbę do 7 % gwiazd podobnych do Słońca w galaktyce (czyli 300 milionów). Na podstawie tej liczby zespół przewiduje, że w odległości 30 lat świetlnych od Ziemi znajdują się cztery gwiazdy podobne do Słońca z planetami nadającymi się do zamieszkania.

Jednym z pierwotnych celów misji Kepler było obliczenie dokładnie tej liczby. Zawsze zamierzaliśmy to zrobić.

Steve Bryson

Czy życie we Wszechświecie jest powszechne?

Zdolność do zamieszkania ma związek z szansami na to, że na planecie występują temperatury wystarczająco umiarkowane, aby na jej powierzchni mogła istnieć woda w stanie ciekłym, ponieważ woda jest niezbędna do życia, jakie znamy. Większość badań określa to poprzez pomiar odległości egzoplanety od gwiazdy macierzystej oraz tego, czy jej orbita nie jest zbyt bliska i zbyt odległa. Mowa o tzw. ekosferze.

Według Brysona, odległość orbitalna jest użyteczną metryką, gdy badamy jedną konkretną gwiazdę, ale kiedy patrzymy na wiele gwiazd, wszystkie one będą miały różną jasność i będą dostarczać różne ilości ciepła do otaczających je obiektów, co oznacza, że ich strefy zamieszkania będą się różnić. Zamiast tego naukowcy postanowili wziąć pod uwagę ilości światła docierającego do powierzchni egzoplanety, co nazwano „strumieniem instelacji”.

Dzięki danym o jasności gwiazd mierzymy prawdziwą temperaturę planety: czy rzeczywiście znajduje się ona w strefie zamieszkiwalnej, czy też nie – dla wszystkich planet wokół wszystkich gwiazd w naszej analizie.

Steve Bryson

Choć niepewność pomiarowa tego badania jest mniejsza niż w przypadku poprzednich prac, to nadal jest ona dość duża. Wynika to głównie z faktu, że zespół pracuje z tak małą próbką odkrytych skalistych egzoplanet. Kepler zidentyfikował ponad 2800 egzoplanet, z których tylko część krąży wokół gwiazd podobnych do Słońca. Nie jest to idealna liczba, aby używać jej do przewidywania istnienia setek milionów innych w galaktyce.

Wreszcie, nowe badania zakładają prosty model istnienia tych egzoplanet, który może drastycznie odbiegać od warunków panujących w świecie rzeczywistym – niektóre z gwiazd mogą np. tworzyć układy podwójne z innymi gwiazdami. Dodanie do modelu większej ilości zmiennych pomogłoby uzyskać dokładniejszy obraz, ale to wymaga bardziej precyzyjnych danych, których tak naprawdę jeszcze nie mamy.