Международная группа учёных, среди которых исследователи из Университета штата Пенсильвания, объявила об открытии экзопланеты GJ 251 c. Этот объект, получивший название «суперземля», находится менее чем в 20 световых годах от нас. Согласно имеющимся данным, планета имеет каменистую структуру, похожую на земную, и почти в четыре раза массивнее нашей. Обнаружение GJ 251 c вселяет новый оптимизм в поиске миров, потенциально пригодных для жизни.
«Мы ищем именно такие планеты, поскольку они дают нам наилучшие шансы найти жизнь за пределами Земли», — объясняет Суврат Махадеван, профессор астрономии из Университета штата Пенсильвания и соавтор статьи, опубликованной в журнале The Astronomical Journal. По его словам, экзопланета находится в так называемой «зоне Златовласки» — на оптимальном расстоянии от своей звезды, где потенциально может существовать жидкая вода при наличии подходящей атмосферы.
Поиск планет, способных поддерживать существование жидкой воды, на протяжении многих лет стимулировал астрономов к разработке все более совершенных телескопов и инструментов моделирования. Эти технологии позволяют улавливать едва заметные изменения в звёздном свете. Как отмечает Махадеван, текущее открытие стало результатом более чем 20–летних наблюдений и представляет собой одну из наиболее многообещающих возможностей для изучения потенциально обитаемого мира.
Экзопланета была обнаружена с помощью данных, полученных спектрографом Habitable-Zone Planet Finder (HPF) — высокоточным инструментом ближнего инфракрасного диапазона, который работает как сложная призма, разделяя звёздный свет на его компоненты. HPF установлен на телескопе Hobby-Eberly в обсерватории Макдональдс в Техасе. Исследователи из Университета штата Пенсильвания руководили его проектированием и строительством, сфокусировавшись на поиске землеподобных планет вокруг близлежащих звёзд.
«Мы назвали его Habitable-Zone Planet Finder, потому что ищем миры, расположенные на правильном расстоянии от своей звезды, где может существовать жидкая вода», — поясняет Махадеван. — «Это была центральная цель нашего исследования. Данное открытие представляет собой одного из лучших кандидатов для поиска атмосферных признаков жизни в течение следующих пяти–десяти лет».
Команда Махадевана проанализировала обширный набор измерений, собранных по всему миру за два десятилетия. Их анализ сосредоточился на едва заметном, но измеримом «покачивании» звезды GJ 251, вызванном гравитационным воздействием вращающихся вокруг неё планет. Эти движения проявляются в виде небольших доплеровских смещений в звёздном свете.
Сначала учёные уточнили параметры ранее известной внутренней планеты, GJ 251 b, совершающей оборот за 14 дней. Объединив долгосрочные наблюдения с новыми высокоточными данными HPF, исследователи обнаружили более сильный сигнал, повторяющийся каждые 54 дня, что указывало на присутствие более массивной второй планеты. Дополнительное подтверждение пришло от спектрометра NEID — ещё одного прибора, созданного исследователями из Пенсильванского университета и работающего в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. «Мы используем передовые технологии и методы анализа», — отмечает Кори Берд, ведущий автор работы, выполнивший это исследование во время получения докторской степени по астрофизике в Калифорнийском университете в Ирвайне. — «Для получения прямых изображений этого кандидата нам потребуются телескопы следующего поколения, но также необходимы инвестиции со стороны научного сообщества».
Одной из главных трудностей в обнаружении экзопланет является отделение сигнала от планет от собственной магнитной активности звезды, которую Махадеван сравнивает со «звёздной погодой». Звёздные пятна и другие поверхностные особенности могут имитировать периодические колебания, создаваемые вращающимися планетами, тем самым формируя иллюзию их присутствия. Чтобы различить эти два явления, команда использовала передовые методы моделирования, анализирующие, как сигналы ведут себя на разных длинах волн света. «Это сложная задача — подавить звёздную активность и одновременно измерить её тонкие сигналы, вычленяя их из кипящего, магнитосферного «котла» звёздной поверхности», — комментирует Махадеван.
Он подчеркивает, что обнаружение таких планет, как GJ 251 c, зависит не только от сложного оборудования, но и от глубокого анализа данных, а также от международного сотрудничества. Подобные проекты требуют долгосрочного финансирования и координации, поскольку значимые открытия могут занимать десятилетия.
«Это открытие — прекрасный пример силы междисциплинарных исследований в Университете штата Пенсильвания», — отмечает Эрик Форд, заслуженный профессор астрономии и астрофизики, директор по исследованиям Института вычислительных и данных наук (ICDS) при Университете штата Пенсильвания. По его словам, для снижения шума от звёздной активности потребовалось не только передовое оборудование и доступ к телескопам, но и адаптация методов обработки данных под специфические особенности этой звезды и комбинации инструментов. Сочетание высококачественных данных и современных статистических методов позволило междисциплинарной команде превратить эти данные в захватывающее открытие, которое прокладывает путь для будущих обсерваторий в поиске признаков жизни за пределами нашей Солнечной системы.
Хотя современные технологии пока не позволяют получить прямые изображения GJ 251 c, Махадеван указывает, что будущие телескопы смогут исследовать атмосферу планеты, потенциально выявляя химические следы жизни.
«Мы всегда сосредоточены на будущем», — утверждает он. — «Будь то обеспечение возможности студентам нового поколения участвовать в передовых исследованиях или разработка и создание новых технологий для обнаружения потенциально обитаемых планет».
GJ 251 c находится в положении, которое позволит будущим передовым телескопам исследовать её напрямую. Махадеван и его студенты уже готовятся к эре 30–метровых наземных телескопов, которые будут оснащены инструментами, способными получать изображения каменистых планет в пределах обитаемых зон их звёзд. «Хотя мы ещё не можем подтвердить наличие атмосферы или жизни на GJ 251 c, эта планета представляет собой многообещающую цель для будущих исследований», — заключает Махадеван. — «Мы сделали захватывающее открытие, но нам предстоит узнать о ней гораздо больше».
Исследование, касающееся Университета штата Пенсильвания, было поддержано Национальным научным фондом США, NASA и фондом Heising-Simons.
