Planeta z dwoma słońcami nie musi być wyłącznie pomysłem rodem z fantastyki naukowej. Nowe symulacje układu 70 Ophiuchi AB pokazują, że planeta o masie Ziemi mogłaby utrzymać stabilną orbitę w strefie nadającej się do zamieszkania jednej z dwóch gwiazd przez co najmniej 10 milionów lat. Co więcej, ten interesujący układ znajduje się zaledwie około 16 lat świetlnych od Ziemi.
Planeta z dwoma słońcami nie musi mieć chaotycznej orbity
Układy podwójne gwiazd są we Wszechświecie czymś powszechnym.
W przeciwieństwie do naszego Układu Słonecznego, w którym znajduje się jedna gwiazda, wiele gwiazd ma towarzysza.
Przez lata pojawiało się jednak pytanie, czy w takim układzie może spokojnie istnieć planeta podobna do Ziemi.
Druga gwiazda oznacza przecież dodatkowe źródło grawitacji.
Teoretycznie mogłaby działać jak kosmiczna kula wyburzeniowa, stopniowo zaburzając orbitę planety i wyrzucając ją ze strefy, w której na powierzchni mogłaby istnieć ciekła woda.
Nowe badanie pokazuje, że sytuacja nie musi być aż tak dramatyczna.
Astronomowie przyjrzeli się układowi 70 Ophiuchi
Międzynarodowy zespół naukowców zbadał układ 70 Ophiuchi AB, znany również jako 70 Oph AB.
Tworzą go dwie gwiazdy należące do klasy pomarańczowych karłów typu K.
Ich masy wynoszą około 88 i 73 procent masy Słońca.
Według obliczeń zespołu cały układ ma prawdopodobnie około 3 miliardów lat.
70 Ophiuchi znajduje się bardzo blisko w skali kosmicznej – około 16 lat świetlnych od Ziemi.
To mniej więcej cztery razy dalej niż układ Proximy Centauri.
Pomarańczowe karły są ciekawym miejscem do poszukiwania życia
Gwiazdy typu K są mniejsze, chłodniejsze i słabsze od Słońca.
Mają też kilka cech, które sprawiają, że astronomowie chętnie biorą je pod uwagę w poszukiwaniach planet nadających się do zamieszkania.
Są zazwyczaj spokojniejsze od czerwonych karłów, które potrafią generować bardzo silne rozbłyski.
Jednocześnie mogą żyć znacznie dłużej niż Słońce.
Według materiału źródłowego niektóre z nich mogą pozostawać aktywne nawet przez około 70 miliardów lat, czyli mniej więcej siedem razy dłużej niż nasza gwiazda.
To daje potencjalnym planetom bardzo dużo czasu na stabilną ewolucję.
Układ obserwujemy od prawie 250 lat
70 Ophiuchi nie jest nowym obiektem dla astronomów.
Układ jest znany jako para gwiazd od prawie 250 lat.
Jego podwójna natura była już badana przez Williama Herschela.
Dzięki temu naukowcy dysponują wyjątkowo długą historią obserwacji.
W najnowszym badaniu wykorzystano zarówno współczesne, jak i archiwalne pomiary prędkości radialnej obu gwiazd.
W przypadku głównej gwiazdy połączono dane z ośmiu instrumentów, obejmujące ponad sto lat obserwacji.
Prędkość gwiazdy zmierzono z dokładnością poniżej 1 m/s
Astronomowie wykorzystali metodę prędkości radialnych, czyli RV.
Pozwala ona wykrywać niewielkie ruchy gwiazdy wywołane grawitacją krążącej wokół niej planety.
Gdy gwiazda porusza się nieznacznie w stronę Ziemi, jej światło przesuwa się ku krótszym falom.
Gdy się oddala, przesunięcie następuje w przeciwnym kierunku.
Na tej podstawie można wykrywać subtelne „kołysanie się” gwiazdy.
W badaniu 70 Ophiuchi uzyskano dokładność przekraczającą 1 metr na sekundę.
To niezwykła precyzja, biorąc pod uwagę, że mowa o mierzeniu ruchu całej gwiazdy znajdującej się 16 lat świetlnych od Ziemi.
Metoda RV odkryła już ponad 1200 egzoplanet
Prędkość radialna jest jedną z najskuteczniejszych metod wykrywania planet poza Układem Słonecznym.
Według materiału źródłowego pomogła dotąd odkryć ponad 1200 egzoplanet.
W przypadku 70 Ophiuchi naukowcy chcieli jednak nie tylko szukać nowych planet.
Postanowili również sprawdzić, jakie rodzaje planet mogłyby ukrywać się poniżej obecnego progu wykrywalności.
Naukowcy „wstrzykiwali” sztuczne planety do danych
Badacze dodawali do rzeczywistych danych sztuczne sygnały odpowiadające potencjalnym planetom.
Dzięki temu mogli sprawdzić, jakie obiekty byłyby wykrywalne, a jakie wciąż mogłyby pozostać ukryte.
To pozwoliło określić, że duże planety w określonych częściach układu najprawdopodobniej już zostałyby zauważone.
Mniejsze, skaliste światy pozostają jednak poza zasięgiem obecnych obserwacji.
Symulowano planety podobne do Ziemi w 2000 miejscach
Druga część badania dotyczyła stabilności orbit.
Astronomowie umieszczali w modelu planetę o masie Ziemi w 2000 różnych odległościach od głównej gwiazdy.
Następnie każdą taką orbitę śledzili przez 10 milionów lat.
Celem było sprawdzenie, czy planeta może pozostać na stabilnej orbicie wewnątrz strefy nadającej się do zamieszkania.
Wynik okazał się pozytywny.
Planeta z dwoma słońcami może pozostać w ekosferze
Symulacje wykazały, że istnieją stabilne obszary wokół głównej gwiazdy układu 70 Ophiuchi.
Oznacza to, że planeta o masie podobnej do Ziemi mogłaby krążyć wokół jednej z gwiazd i jednocześnie pozostawać w jej strefie nadającej się do zamieszkania.
Taki typ orbity określa się jako orbitę typu S.
Planeta krąży wtedy wokół jednej gwiazdy układu podwójnego, podczas gdy druga gwiazda znajduje się znacznie dalej.
Co ważne, grawitacja gwiazdy towarzyszącej nie musi automatycznie destabilizować orbity planety.
Druga gwiazda nie zawsze działa jak „kula wyburzeniowa”
To jeden z najważniejszych wniosków pracy.
Można by intuicyjnie założyć, że druga gwiazda będzie stale zaburzać ruch planety.
Symulacje pokazują jednak, że przy odpowiedniej konfiguracji orbitalnej planeta może przetrwać.
Nie oznacza to, że każdy układ podwójny będzie dobrym miejscem dla skalistego świata.
Pokazuje jednak, że sama obecność drugiej gwiazdy nie wyklucza stabilnej planety podobnej do Ziemi.
Wielkiego Jowisza w tym układzie raczej nie ma
Badanie dostarczyło również mniej romantycznego wyniku.
Naukowcy wykluczyli obecność dużych egzoplanet o masie Jowisza lub większej w określonych częściach układu.
Dotyczy to przede wszystkim planet znajdujących się mniej więcej w odległości 5 jednostek astronomicznych od głównej gwiazdy.
To mniej więcej taka odległość, w jakiej Jowisz krąży wokół Słońca.
W tym zakresie danych nie znaleziono przekonującego sygnału planety olbrzyma.
To kończy niezwykle starą historię potencjalnej egzoplanety
70 Ophiuchi ma szczególne miejsce w historii astronomii.
Już w 1855 roku brytyjski astronom William Jacob zasugerował istnienie planety w tym układzie.
Gdyby jego interpretacja była poprawna, mielibyśmy do czynienia z niezwykle wczesnym – wręcz historycznym – twierdzeniem o odkryciu egzoplanety.
Hipoteza nie przetrwała jednak późniejszej analizy.
W kolejnych latach obserwowano wprawdzie pewne „drżenie” gwiazdy, które można było interpretować jako ślad planety wielkości Jowisza.
Najnowsze dane wskazują jednak na inne wyjaśnienie.
Winna mogła być aktywność gwiazdy
Naukowcy uważają, że sygnał przypisywany wcześniej dużej planecie prawdopodobnie pochodził z samej gwiazdy.
Aktywność gwiazd może naśladować sygnały planetarne w pomiarach prędkości radialnych.
Plamy, aktywne regiony i inne procesy zachodzące na powierzchni gwiazdy mogą powodować subtelne zmiany w widmie.
To jeden z największych problemów metody RV.
W przypadku 70 Ophiuchi wygląda na to, że właśnie taki efekt przez lata podtrzymywał możliwość istnienia gazowego olbrzyma.
Skaliste planety nadal mogą się tam ukrywać
Brak Jowisza nie oznacza braku planet.
Wręcz przeciwnie.
Mniejsze światy pozostają poniżej obecnego progu wykrywalności.
Naukowcy nie twierdzą, że planeta podobna do Ziemi została już odnaleziona.
Pokazali jedynie, że jej istnienie jest możliwe i zgodne z obecnymi danymi.
Co więcej, wiadomo teraz, w których częściach układu warto jej szukać.
70 Ophiuchi może być jednym z najlepszych celów poszukiwań
Układ ma kilka istotnych zalet.
Znajduje się stosunkowo blisko.
Jest bardzo dobrze obserwowany.
Tworzą go dwie interesujące z punktu widzenia astrobiologii gwiazdy typu K.
I przede wszystkim – symulacje pokazują stabilne obszary w strefie nadającej się do zamieszkania.
To czyni 70 Ophiuchi jednym z ciekawszych miejsc do przyszłych poszukiwań skalistych egzoplanet.
Ponad połowa gwiazd może mieć towarzysza
Znaczenie badania nie ogranicza się do jednego układu.
Według danych przytoczonych przez autorów ponad połowa gwiazd na niebie ma jednego lub więcej gwiezdnych partnerów.
Jeśli planety podobne do Ziemi mogą stabilnie istnieć także w takich układach, potencjalna liczba miejsc, w których warto poszukiwać świata nadającego się do zamieszkania, znacząco rośnie.
Układy podwójne nie muszą być więc pomijane przy wyborze przyszłych celów obserwacyjnych.
Habitable Worlds Observatory może sprawdzić takie układy
Przyszłe teleskopy mogą pozwolić astronomom przejść od symulacji do bezpośrednich obserwacji.
Jednym z najbardziej obiecujących projektów jest planowane przez NASA Habitable Worlds Observatory.
Teleskop ma być projektowany z myślą o poszukiwaniu i bezpośrednim obrazowaniu planet podobnych do Ziemi.
Układy takie jak 70 Ophiuchi mogą stać się naturalnymi celami dla tego rodzaju obserwatorium.
Jeżeli rzeczywiście znajduje się tam skalista planeta, nowe instrumenty mogą w przyszłości pomóc ją wykryć.
Planeta z dwoma słońcami może być bliżej, niż sądziliśmy
Najważniejszy wniosek z badania jest prosty.
Układ dwóch gwiazd nie musi oznaczać końca szans na stabilną planetę skalistą.
W 70 Ophiuchi planeta o masie Ziemi mogłaby krążyć wokół głównej gwiazdy wewnątrz strefy nadającej się do zamieszkania i zachować stabilną orbitę przez miliony lat.
Nie oznacza to jeszcze, że taki świat rzeczywiście tam istnieje.
Ale wiemy już, że może.
A ponieważ 70 Ophiuchi znajduje się zaledwie 16 lat świetlnych od Ziemi, planeta z dwoma słońcami przypominająca nasz świat może być znacznie bliżej, niż podpowiadałaby fantastyka naukowa.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie The Astrophysical Journal .