Οι εξωπλανήτες «Auroral» θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ενίσχυση των αναζητήσεων για εξωγήινη ζωή

Οι έντονες εκπομπές σέλας από τα πιο μικροσκοπικά αστέρια του σύμπαντος μπορεί να προσφέρουν έναν νέο τρόπο για να κυνηγήσετε βραχώδεις πλανήτες που διαφορετικά θα μπορούσαν να περάσουν αόρατοι. Καθώς ένας κόσμος κινείται μέσα από το μαγνητικό πεδίο του αστέρα του, μπορεί να παράγει εκρήξεις ραδιοκυμάτων. Το φαινόμενο είναι παρόμοιο με αυτό που οι αστρονόμοι έχουν μελετήσει προσεκτικά εδώ στο ηλιακό σύστημα:περιοδικές ραδιοεκπομπές που γίνονται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Δία και του φεγγαριού του Ιο. Χρησιμοποιώντας ένα ισχυρό ραδιοτηλεσκόπιο, οι ερευνητές έχουν τώρα εντοπίσει πολλά αστέρια που εκπέμπουν την ενδεικτική δραστηριότητα. Κάθε ένα, λένε, θα μπορούσε να φιλοξενήσει έναν μικρό κόσμο.

Καθώς ένα αστέρι περιστρέφεται, το μαγνητικό του πεδίο σαρώνει το διάστημα, αλληλεπιδρώντας με τα φορτισμένα σωματίδια που εκτοξεύονται από την αστρική επιφάνεια και παρασύρονται από τον αστρικό άνεμο. Εάν ένας πλανήτης περιφέρεται πολύ κοντά στο περιστρεφόμενο αστέρι, μπορεί να επιταχύνει περαιτέρω αυτά τα σωματίδια, προκαλώντας μια φωτεινή λάμψη σε ραδιοκύματα χαμηλής συχνότητας. Τέτοιες λάμψεις είναι εύκολα ανιχνεύσιμες σε δεδομένα από τη Συστοιχία Χαμηλών Συχνοτήτων (LOFAR), ένα ευρωπαϊκό δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων που λειτουργεί στις χαμηλότερες συχνότητες που μπορούν να παρατηρηθούν από τη Γη. Το LOFAR βρίσκεται στη μέση της διεξαγωγής μιας ραδιοεπισκόπησης ευρέος πεδίου, χαμηλής συχνότητας, σαρώνοντας τον ουρανό για πηγές. Αναλύοντας την πρώτη απελευθέρωση δεδομένων από το 2019, η οποία περιλάμβανε περίπου το ένα πέμπτο του ουρανού του Βόρειου Ημισφαιρίου, οι ερευνητές επισήμαναν ύποπτες ραδιοφωνικές λάμψεις από 19 αστέρια κόκκινου νάνους. Οι λάμψεις από πέντε από τα αστέρια αναγνωρίστηκαν αρχικά ως στενά αντίστοιχες προβλέψεις για το πώς θα πρέπει να φαίνονται τα πυροτεχνήματα σέλας ενός πλανήτη όταν τα βλέπουμε από έτη φωτός μακριά. Αυτά τα αποτελέσματα εμφανίζονται σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy, και ένα επόμενο προεκτυπωμένο χαρτί μείωσε τους υποψηφίους σε τέσσερα αστέρια.

«Δεν βλέπουμε τάσεις που θα περιμέναμε εάν η εκπομπή οφειλόταν στην αστρική δραστηριότητα», λέει η Nature Astronomy ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Joseph Callingham, ραδιοαστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Leiden στην Ολλανδία. Και τα τέσσερα αστέρια είναι σχετικά ήσυχα, πράγμα που σημαίνει ότι είναι απίθανο να εκπέμπουν συνεχώς μεγάλες εκλάμψεις που θα μπορούσαν να μιμηθούν ένα σήμα σέλας από έναν κόσμο σε κοντινή τροχιά.

Κυνηγώντας πλανήτες

Για χρόνια, οι αστρονόμοι αναζητούσαν σημάδια πλανητών που αλληλεπιδρούν με τα μαγνητικά πεδία των αστεριών τους, εστιάζοντας στα μικρά υποσύνολα των ήλιων που θεωρούνται πιο ευνοϊκά για την αναζήτηση. Αντί να στοχεύουν συγκεκριμένα αστέρια, ωστόσο, ο Callingham και οι συνάδελφοί του βασίστηκαν στην τυφλή έρευνα του ουρανού της LOFAR, επιτρέποντας ένα πιο αμερόληπτο κυνήγι.

«Αυτό είναι ένα πραγματικά υπέροχο αποτέλεσμα», λέει ο Gregg Hallinan, αστρονόμος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, ο οποίος δεν ήταν μέλος της ομάδας. "Κανείς δεν ήταν σε θέση να το κάνει αυτό [πριν] με αμερόληπτο τρόπο."

Παρά το μικρότερο μέγεθός τους, από την άποψη της αστρικής δραστηριότητας, πολλοί κόκκινοι νάνοι τρυπούν πολύ πάνω από το βάρος τους, περιστρέφοντας κάθε πλανήτη σε τροχιά με πολύ ισχυρές εκλάμψεις. Συνήθως, όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται ένας κόκκινος νάνος, τόσο πιο συχνά παράγει φωτοβολίδες. Αλλά ακόμη και αστέρια που γυρίζουν αργά, όπως αυτά από την έρευνα LOFAR, μπορεί περιστασιακά να τα ραγίσουν.

Στην επακόλουθη μελέτη, η ομάδα προσπάθησε να αποκλείσει το ενδεχόμενο να εκτοξευθεί ως πηγή για τις λάμψεις που βρήκαν στην ραδιοφωνική έρευνα της LOFAR. Για να το κάνουν αυτό, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν οπτικά δεδομένα από το Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) της NASA για να ελέγξουν διπλά τα επίπεδα δραστηριότητας των αστεριών-στόχων τους. Αυτή η έρευνα έχει δημοσιευτεί στο διαδίκτυο στον διακομιστή προεκτύπωσης arXiv.org και θα δημοσιευθεί στο Astrophysical Journal Letters . Ενώ ένα από τα πέντε αθόρυβα αστέρια που είχαν ταυτοποιηθεί προηγουμένως βρέθηκε να φλέγεται ενεργά στα δεδομένα του TESS, τα άλλα τέσσερα παρέμειναν αθόρυβα, ενισχύοντας περαιτέρω την αιτία των ευδιάκριτων ραδιοφωνικών αναλαμπών τους να είναι οι στροβιλιζόμενοι πλανήτες.

«Μπορούμε βασικά να σκοτώσουμε [οι εκλάμψεις ως αιτία] για τα λιγότερο ενεργά αστέρια επειδή δεν φουντώνουν καθόλου», λέει ο Benjamin Pope, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ στην Αυστραλία, ο οποίος ήταν συν-συγγραφέας του Αστρονομία της φύσης μελέτη και πρώτος συγγραφέας της δεύτερης εργασίας.

Αλλά οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμη να πουν ότι τα σήματα συνδέονται οριστικά με κρυμμένους κόσμους. Άλλες, πιο ώριμες τεχνικές ανίχνευσης πλανητών έχουν βγει κενές για καθένα από τα τέσσερα αστέρια. «Δεν μπορώ να αποδείξω ότι είναι πλανήτες και το προσπάθησα», λέει ο Pope.

Οι περισσότερες προσπάθειες για το κυνήγι των προτεινόμενων πλανητών ξεκίνησαν πέρυσι, όταν οι ερευνητές ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του πρώτου υποψηφίου για αλληλεπίδραση αστεριών-πλανήτων, του GJ 1151, ενός από τα τέσσερα ήσυχα αστέρια. Δύο ξεχωριστές ομάδες προσπάθησαν και απέτυχαν να ανιχνεύσουν περιοδικές ταλαντεύσεις στις κινήσεις του GJ 1151 που θα έπρεπε να προκύψουν από τον σύντροφο που προτείνεται από τα δεδομένα LOFAR - ένας κόσμος περίπου μιας Γης που περιστρέφεται γύρω από το αστέρι ίσως κάθε λίγες μέρες, τραβώντας το απαλά πέρα ​​δώθε .

Αυτά είναι λιγότερο από αστρικά νέα για τους ερευνητές που θέλουν να βρουν περισσότερους τρόπους για να εντοπίσουν και να μελετήσουν κόσμους πέρα ​​από το ηλιακό μας σύστημα. Ο Suvrath Mahadevan, αστρονόμος στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, ο οποίος βοήθησε στο κυνήγι του υποτιθέμενου πλανήτη του GJ 1151 αλλά δεν συμμετείχε στις δύο νέες μελέτες, λέει ότι αν και οι πλανήτες πιθανώς μπορούν να προδώσουν την παρουσία τους με λάμψεις σέλας, μια αρχική ανεξάρτητη επιβεβαίωση της τεχνικής είναι απαραίτητη. . «Την πρώτη φορά, θέλετε πραγματικά να δείτε πολλές γραμμές αποδείξεων να συγκλίνουν», λέει. Τα δεδομένα από πιο ισχυρές τεχνικές κυνηγιού πλανητών θα πρέπει να συνδυάζονται με τις περιοδικές ραδιοφωνικές λάμψεις που παρατηρούνται από το LOFAR ή άλλα παρόμοια παρατηρητήρια, το καθένα να απηχεί το άλλο για να αποκαλύψει οριστικά την παρουσία ενός κόσμου. «Τότε νιώθω ότι ανοίγεις το γήπεδο», λέει ο Mahadevan. "Γίνεται το επόμενο εργαλείο ανακάλυψης."

Προς το παρόν, ο Callingham και οι συνάδελφοί του διπλασιάζουν την αναζήτησή τους, εξασφαλίζοντας επιπλέον χρόνο στο LOFAR για επακόλουθες παρατηρήσεις του GJ 1151 και συνεχίζοντας τη βαθιά τους κατάδυση στα δεδομένα της έρευνας του ουρανού του αστεροσκοπείου. Τα επόμενα χρόνια, οι αναβαθμίσεις στο LOFAR, καθώς και το ντεμπούτο μιας ακόμη πιο ισχυρής εγκατάστασης που ονομάζεται Συστοιχία Τετραγωνικών Χιλιόμετρων, θα προσφέρει ακόμα περισσότερες ευκαιρίες για ανακάλυψη. Οι ανακοινώσεις επιπλέον υποψηφίων πλανητών σέλας φαίνονται αναπόφευκτες.

Stepping-Stone Satellites

Η κινητήρια ώθηση πίσω από αυτές τις προσπάθειες είναι κάτι περισσότερο από απλή ακαδημαϊκή περιέργεια. Οι κόκκινοι νάνοι (ή οι νάνοι Μ, όπως μπερδεμένα προτιμούν να τους αποκαλούν οι αστρονόμοι) δεν είναι μόνο τα μικρότερα αστέρια στον κόσμο, αλλά και τα μακροβιότερα και πολυάριθμα. Ορισμένες εκτιμήσεις αναφέρουν ότι το 75 τοις εκατό των άστρων στο σύμπαν είναι οι νάνοι M, και το καθένα μπορεί να λάμπει για εκατοντάδες δισεκατομμύρια -ακόμα και τρισεκατομμύρια- χρόνια. Το πιο σημαντικό είναι ότι οι στατιστικές προεκτάσεις από πολλαπλές έρευνες υποδηλώνουν ότι σχεδόν κάθε νάνος M φιλοξενεί τουλάχιστον έναν πλανήτη. Μόνο με ακατέργαστους αριθμούς, φαίνεται ότι οι κόσμοι νάνοι Μ αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μέρος της πλανητικής ακίνητης περιουσίας του σύμπαντος. Το εάν κάποιο από αυτά τα μέρη θα μπορούσε να φιλοξενήσει ζωή παραμένει άγνωστο—αλλά μελέτες όπως αυτή του Callingham μπορούν να βοηθήσουν να διευθετηθεί η συζήτηση.

Κανείς δεν περιμένει ότι οποιοσδήποτε πλανήτης είναι ενσωματωμένος στο μαγνητικό πεδίο ενός νάνου M να είναι κατοικήσιμος. Τέτοιοι κόσμοι θα καίγονταν τόσο από το κοντινό αστέρι που το υγρό νερό - ο ακρογωνιαίος λίθος της ζωής όπως το ξέρουμε - δεν θα μπορούσε να παραμείνει στην επιφάνειά τους. Αντίθετα, μπορούν να βοηθήσουν τους ερευνητές να απαντήσουν σε πιο θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με το πώς οι νάνοι Μ επηρεάζουν τους πλανητικούς γόνους τους. Η τάση αυτών των αστεριών για υπερμεγέθη εκρήξεις, για παράδειγμα, θα μπορούσε να παρασύρει τις ατμόσφαιρες των κατά τα άλλα κατοικήσιμων πλανητών - αλλά ένας πλανήτης με ισχυρό μαγνητικό πεδίο μπορεί να είναι επαρκώς θωρακισμένος για να διατηρήσει τον πολύτιμο αέρα του. Οι αστρονόμοι είναι ήδη σε θέση να διακρίνουν μεταξύ ατμοσφαιρικών και χωρίς αέρα πλανητών σε λίγα επιλεγμένα συστήματα, αλλά επί του παρόντος δεν έχουν αξιόπιστους τρόπους μέτρησης του μαγνητικού πεδίου ενός μικρού κόσμου. Σύμφωνα με την εργασία του Ph.D. Ο φοιτητής Robert Kavanagh και η αναπληρώτρια καθηγήτρια Aline Vidotto, και οι δύο τώρα στο Πανεπιστήμιο του Leiden, οι παρατηρήσεις των λάμψεων σέλας μπορεί να κάνουν ακριβώς αυτό, υπό τον όρο ότι η ισχύς μιας λάμψης είναι ανάλογη με την ένταση του μαγνητισμού ενός πλανήτη.

Σύμφωνα με τον Vidotto, οι μελέτες για τους νάνους πλανητών με σέλας M θα μπορούσαν επίσης να διερευνήσουν την πυκνότητα και την ταχύτητα του αστρικού ανέμου ενός ξενιστή αστέρα. (Ούτε ο Vidotto ούτε ο Kavanagh ήταν μέρος των δύο νέων μελετών.) Τέτοιες μετρήσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να προσδιορίσουν πόσο συχνά οι νάνοι Μ παρουσιάζουν εκτινάξεις στεφανιαίας μάζας, τεράστιες εκτοξεύσεις σωματιδίων που, όπως οι εκλάμψεις, μπορεί να είναι κακά νέα για τους κοντινούς πλανήτες. "Νομίζω ότι [με αυτήν την τεχνική] θα μάθουμε πολλά περισσότερα για το ίδιο το αστέρι", λέει ο Vidotto.

Όλα αυτά, φυσικά, τροφοδοτούν το άλυτο μυστήριο της κατοικιμότητας του M νάνου και το μεγαλύτερο αίνιγμα για το πού στο σύμπαν είναι πιο πιθανό να βρεθούν πλανήτες που φέρουν ζωή.

«Οι πλανήτες δεν επιβιώνουν σε απομόνωση. Επιβιώνουν γύρω από το αστέρι τους», λέει ο Mahadevan. «Πιστεύω ότι το βασικό στοιχείο για την [κατανόηση της κατοικιμότητας του Μ νάνου] είναι η κατανόηση της μαγνητικής δραστηριότητας και της μαγνητόσφαιρας αυτών των αστεριών».