Cât de răspândite sunt planetele aflate în zona locuibilă

Astronomii din cadrul UC Berkeley şi University of Hawaii au analizat datele obţinute de misiunea Kepler în cei patru ani de activitate ai acesteia în scopul căutării exoplanetelor de dimensiunea Pământului care se află în zona locuibilă din jurul stelelor similare Soarelui şi apoi au verificat, în mod riguros, cât de multe planete nu au fost incluse în studiul lor.

Pe baza acestei analize ei au estimat că 22% dintre stelele asemănătoare Soarelui au potenţiale planete locuibile de dimensiunea Pământului, chiar dacă nu toate au o suprafaţă solidă sau conţin apă în stare lichidă, o presupusă condiţie prealabilă pentru viaţă.

Misiunea Kepler a NASA a observat 150.000 stele aflate în constelaţia Cygnus.
Credit: Erik Petigura, UC Berkeley

Observatorul spaţial Kepler al NASA care acum este defect şi care se află la sfârşitul misiunii sale care a durat patru ani a furnizat, totuşi, date suficiente pentru a finaliza misiunea pe care a avut-o ca obiectiv: câte din cele 100 miliarde de stele aflate în galaxia noastră au planete care sunt potenţial locuibile.

Pe baza analizelor statistice ale tuturor observaţiilor obţinute de Kepler, astronomii din cadrul University of California, Berkeley şi University of Hawaii, Manoa au estimat că una din cinci stele similare Soarelui conţine planete de dimensiunea Pământului şi care au o temperatură la suprafaţă care să permită existenţa vieţii.

„Acest lucru înseamnă că atunci când vă uitaţi la miile de stele aflate pe cerul nopţii, cea mai apropiată stea asemănătoare Soarelui, care are o planetă de dimensiunea Pământului în zona sa locuibilă, se află, probabil, la doar 12 ani-lumină distanţă şi ea poate fi văzută cu ochiul liber. Asta este uimitor", a spus Erik Petigura, absolvent al UC Berkeley, cel care a condus analiza datelor observatorului Kepler.

„Au trecut aproape 20 de ani de la descoperirea primei planete extrasolare aflată în jurul unei stele normale. De atunci am învăţat că cele mai multe stele au planete de diferite dimensiuni şi că planetele de mărimea Pământului sunt relativ frecvente în cadrul primelor orbite ale acestora, fiind însă prea fierbinţi pentru a putea găzdui viaţa", a declarat Andrew Howard, un fost post-doctorand al UC Berkeley şi care în prezent lucrează în cadrul Institute for Astronomy al University of Hawaii. „Prin acest rezultat noi am ajuns acasă, într-un anume sens, arătând că planetele similare Pământului sunt relativ frecvente în toată galaxia Calea Lactee".

Petigura, Howard şi Geoffrey Marcy, profesor de astronomie în cadrul UC Berkeley, au publicat analizele şi concluziile lor în revista Proceedings a National Academy of Sciences.

O planetă ce are dimensiunea Pământului nu înseamnă neapărat că este locuibilă

„Pentru NASA, acest număr, care arată că una din cinci stele are o planetă oarecum similară Pământului, este foarte important, deoarece misiunea succesorului lui Kepler este de a încerca să obţină o imagine reală a unei astfel de planete şi dimensiunea telescopul care va fi construit depinde de cât de aproape se află cele mai apropiate planete similare ca mărime cu planeta Pământ", a spus Howard. „O abundenţă de planete care orbitează în jurul unor stele aflate în apropierea noastră simplifică mult sarcina noastră".

Echipa de cercetători a avertizat că planetele de dimensiunea Pământului şi care se află pe o orbită similară ca mărime celei a Pământului nu sunt neapărat ospitaliere pentru viaţă, chiar dacă acestea se află în zonă locuibilă a unei stele unde temperatura nu este nici prea ridicată şi nici prea coborâtă.


„Unele dintre aceste planete pot avea atmosfere groase care determină ca temperatura la suprafaţa lor să fie atât de ridicată încât moleculele de ADN nu ar putea supravieţui. Altele pot avea suprafeţe stâncoase care ar putea găzdui apa lichidă care este necesară organismelor vii", a spus Marcy. „Noi nu ştim ce tipuri de planete şi de medii ambiante care există în cadrul lor sunt potrivite pentru viaţă".

Cu toate acestea, Howard, Teddy şi colegii lor au arătat că există speranţe ca multe dintre aceste planete să aibă o suprafaţă stâncoasă. Ei au arătat că o planetă având dimensiunile planetei Pământ, descoperită de telescopul spaţial Kepler, are o temperatură probabilă de 2.000 grade Kelvin ceea ce o face să fie mult prea fierbinte pentru viaţa pe care o cunoaştem. Cu toate acestea ea are aceeaşi densitate cu a Pământului şi cel mai probabil este compusă din roci şi fier, la fel ca Pământul.

„Acest lucru ne facem să avem încredere că atunci când ne uităm în zona locuibilă a unei stele putem găsi planete similare ca mărime cu Pământul ce au o suprafaţă stâncoasă", a spus Howard.

Tranzitul planetelor

NASA a lansat telescopul spaţial Kepler în anul 2009 pentru a căuta planete care trec prin faţa, sau tranzitează, stelele lor gazdă şi care provoacă o diminuare uşoară, de aproximativ o sutime dintr-un procent, din luminozitatea stelei. Dintre cele 150.000 de stele care au fost fotografiate la fiecare 30 de minute, timp de patru ani, echipa Kepler a NASA a identificat mai mult de 3.000 de posibile planete. Multe dintre acestea sunt mult mai mari decât Pământul, variind de la planete mari cu atmosfere groase, similare planetei Neptun, la planete gigante formate din gaz, similare planetei Jupiter sau planete aflate pe orbite atât de apropiate de stelele lor încât acestea sunt efectiv arse de stelele gazdă.

Pentru a le putea sorta, Petigura şi colegii săi au folosit telescoapele Keck din Hawaii pentru a obţine spectrele luminoase a cât mai multe stele cu putinţă. Aceste observaţii i-au ajutat să determine luminozitatea reală a fiecărei stele în parte şi să calculeze diametrul fiecărei planete aflată în tranzit, urmărind în mod special planetele care au un diametru apropiat ca valoare de cel al Pământului.

Astronomii folosesc termenul de „zonă locuibilă" pentru a indica o orbită care nu se află prea departe de steaua sa astfel ca apa să îngheţe şi nici prea aproape astfel încât apa să se vaporizeze. Zonele locuibile sunt domenii orbitale în care căldura de la stea produce o temperatură potrivită pentru ca apa lichidă să poată exista, apa fiind o presupusă condiţie prealabilă pentru existenţa vieţii.
Credit: Petigura/UC Berkeley, Howard/UH-Manoa, Marcy/UC Berkeley

În mod independent, Petigura, Howard şi Marcy s-au concentrat asupra a 42.000 stele care sunt similare Soarelui sau puţin mai reci şi mai mici ca acesta şi au găsit 603 posibile planete care se învârt în jurul lor. Numai 10 dintre acestea au planete de mărimea Pământului (care pot avea un diametru egal cu diametrul Pământului sau de două ori mai mare ca al acestuia) şi care orbitează stelele lor la o distanţă potrivită pentru ca să aibă o temperatură propice pentru viaţă. Echipa de cercetători a definit zona locuibilă ca fiind domeniul orbital în care o planetă primeşte o cantitate de lumină cuprinsă între un sfert şi de patru ori mai mare decât cantitatea de lumină pe care Pământul o primeşte de la Soare.

Un recensământ al planetelor extrasolare

Analizele echipei de cercetători diferă faţă de analizele anterioare ale datelor Kepler prin faptul că ele au fost supuse unor algoritmi ai lui Petigura de căutare a planetelor în cadrul unor teste efectuate pentru a măsura cât de multe planete de dimensiunea Pământului, aflate în zonă locuibilă, au fost pierdute din inventar. Petigura a introdus planete false în cadrul datelor Kepler pentru a determina care dintre programele sale software pot să le detecteze şi care nu.

„Noi am realizat un recensământ al planetelor extrasolare, dar nu am putut bate la fiecare uşă. Numai după introducerea acestor planete false şi numărarea celor pe care le-am putut identifica ulterior, noi am putut stabili într-adevăr numărul de planete reale pe care le-am pierdut din analiză", a spus Petigura.

Analiza a patru ani de măsurători cu precizie ale telescopului Kepler arată că 22±8% din stelele asemănătoare Soarelui pot avea planete de mărimea Pământului aflate în zona locuibilă a acestora.
Credit: Erik A. Petigura

Contabilizând aceste planete pierdute precum şi faptul că doar o mică parte dintre planete sunt orientate astfel încât acestea să treacă prin faţa stelelor lor gazdă, aşa cum sunt văzute de pe Pământ, le-a permis cercetătorilor să estimează că 22 la sută din toate stelele similare Soarelui aflate în galaxie au planete de dimensiunea Pământului în zonele lor locuibile.

„Scopul principal al misiunii Kepler a fost să răspundă la întrebarea următoare: Când privim în sus la cerul nopţii, ce fracţiune dintre stelele pe care le vedem au planete de mărimea Pământului cu o temperatură potrivită pentru ca apa să nu se transforme în gheaţă sau să se vaporizeze sub formă de abur ci să rămână sub formă lichidă, deoarece se consideră în prezent că existenţa apei lichide reprezintă o condiţie necesară pentru viaţă?", a declarat Marcy. „Până în prezent nimeni nu ştia cu exactitate cât de răspândite sunt potenţialele planete locuibile din jurul stelelor asemănătoare Soarelui din galaxie".

Toate aceste planete potenţial locuibile, identificate în studiul lor, se află în jurul stelelor K, care sunt mai reci şi puţin mai mici decât Soarele, a spus Petigura. Dar analizele echipei au arătat că rezultatul obţinut pentru stelele K poate fi extrapolat la stelele G care sunt similare Soarelui. Deoarece misiunea Kepler s-a desfăşurat pe o perioadă de timp suficient de lungă, ea a obţinut suficiente date pentru a detecta, în mod direct, o mulţime de planete de mărimea Pământului care se află în zonele locuibile ale stelelor de tipul G.

„În cazul în care stelele aflate în câmpul de observaţie al lui Kepler sunt reprezentative pentru stelele aflate în vecinătatea Soarelui,... atunci cea mai apropiată exoplanetă de dimensiunea Pământului ne aşteptăm să orbiteze o stea care se află la o distanţă mai mică de 12 ani-lumină de Pământ şi care poate fi văzuta cu ochiul liber", afirmă cercetătorii în studiul lor publicat. „Viitoarele instrumente astronomice destinate căpătării imaginilor şi spectrelor acestor exoplanete vor trebui doar să observe câteva zeci de stele aflate în apropiere pentru a detecta un eşantion de planete de dimensiunea Pământului care se află în zonele locuibile din jurul stelelor lor gazdă".

Echipa de cercetători a anunţat o analiză similară a datelor Kepler pentru planetele care orbitează aproape de stelele lor. Noile analize, mult mai complexe, arată că „în natură există mai multe planete care se află pe orbite care sunt propice vieţii în comparaţie cu cele care se află pe orbite aflate mult prea aproape de stelele gazdă", a spus Howard.