Обнаружена «суперземля», которую ученые считают идеальной целью для поиска внеземной жизни

Массивная экзопланета, обнаруженная на орбите недалекой от нас карликовой звезды, находится в идеальном положении для поиска признаков жизни с помощью телескопов следующего поколения. Об этом рассказывают в Пенсильванском государственном университете. По данным международной группы, открытие возможной «суперземли» менее чем в 20 световых годах от нашей планеты дает ученым новую надежду в поисках других миров, которые могут быть пристанищем для жизни. Они назвали экзопланету GJ 251 c «суперземлей», поскольку данные свидетельствуют, что она почти в четыре раза массивнее Земли и, вероятно, является каменистой планетой. «Мы ищем такие типы планет, потому что они дают нам наибольший шанс найти жизнь в других местах», — сказал Суврат Махадеван, профессор астрономии из Пенсильванского государственного университета и соавтор статьи об этом открытии, опубликованной 23 октября в The Astronomical Journal. «Экзопланета находится в зоне пригодности для жизни, или «зоне Золотоволоски», на правильном расстоянии от своей звезды, чтобы на ее поверхности могла существовать жидкая вода, если она имеет соответствующую атмосферу», — пояснил Махадеван.

На протяжении десятилетий поиск планет, на которых может существовать жидкая вода и, возможно, жизнь, побуждал астрономов разрабатывать и строить современные телескопы и вычислительные модели, способные обнаруживать даже самые слабые сигналы от звезд. Это последнее открытие стало результатом двух десятилетий наблюдений и открывает одни из самых перспективных возможностей для поиска признаков жизни на других планетах, сказал Махадеван.

Экзопланета была найдена с помощью данных Поисковика планет в зонах обитаемости (HPF), высокоточного спектрографа в ближнем инфракрасном диапазоне — сложной призмы, которая раскладывает сигналы от света звезд — установленного на телескопе Хобби-Эберли в обсерватории Макдональда в Техасе. Исследователи из Пенсильванского университета возглавили разработку и строительство HPF, созданного для обнаружения землеподобных планет в пригодных для жизни зонах вблизи звезд.

«Мы называем его Поисковиком планет в зонах обитаемости, потому что мы ищем миры, которые находятся на таком расстоянии от своей звезды, что на их поверхности может существовать жидкая вода. Это было главной целью этого исследования», — рассказывает Махадеван. «Это открытие является одним из лучших кандидатов в поиске атмосферных признаков жизни в других местах в течение следующих пяти-десяти лет».

Команда сделала это открытие, проанализировав огромную коллекцию данных, собранных в течение 20 лет телескопами по всему миру, сосредоточившись на незначительном движении, или «колебании», звезды GJ 251, вокруг которой вращается планета. Это «колебание» состоит из крошечных доплеровских сдвигов в свете звезды, вызванных гравитацией вращающейся вокруг нее планеты.

Они использовали базовые наблюдения, чтобы сначала улучшить измерения «колебания» ранее известной внутренней планеты GJ 251 b, которая вращается вокруг звезды каждые 14 дней. Затем они объединили базовые данные с новыми высокоточными данными из HPF, чтобы обнаружить второй, более сильный сигнал через 54 дня, указывающий на наличие другой, гораздо более массивной планеты в системе. Команда дополнительно подтвердила сигнал планеты с помощью спектрометра NEID, построенного исследователями Пенсильванского университета, который прикреплен к телескопу в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне.

«Благодаря этой системе мы находимся на передовой технологии и методов анализа», — сказал Кори Бирд, соавтор статьи, который проводил исследование во время получения докторской степени по астрофизике в Калифорнийском университете в Ирвине. «Нам нужны телескопы нового поколения, чтобы непосредственно сфотографировать этот объект, но нам также нужны инвестиции от сообщества».

Одной из самых больших проблем в поиске удаленных миров является отделение сигнала планеты от активности ее звезды, своего рода звездной погоды, пояснил Махадеван. Звездная активность, такая как звездные пятна, может имитировать периодическое движение планеты, создавая ложное впечатление о наличии планеты там, где ее нет. Чтобы отличить сигнал от шума, исследователи применили передовые методы компьютерного моделирования для анализа того, как сигналы меняются в разных длинах волн, или цветах, света.

«Это сложная задача, поскольку нужно подавить звездную активность, а также измерить ее тонкие сигналы, выделив слабые сигналы из того, что по сути является бурным магнитосферным котлом на поверхности звезды», — сказал Махадеван.

Он объяснил, что для открытия экзопланет, таких как GJ 251 c, нужны современные инструменты и сложный анализ данных. Эта работа предполагает сотрудничество между многими учреждениями и экспертами со всего мира, а самое главное — требует постоянной поддержки со стороны стран, финансирующих исследования, которые часто могут длиться десятилетиями, прежде чем дадут практические результаты.

«Для уменьшения шума от звездной активности требовались не только самые современные приборы и доступ к телескопу, но и адаптация методов науки о данных к конкретным потребностям этой звезды и комбинации приборов. Сочетание изысканных данных и самых современных статистических методов позволило нашей междисциплинарной команде превратить данные в захватывающее открытие, которое прокладывает путь для будущих обсерваторий в поисках доказательств существования жизни за пределами нашей Солнечной системы », - пояснил Эрик Форд, профессор астрономии и астрофизики, директор по исследованиям Института вычислительных наук и наук о данных (ICDS) Пенсильванского государственного университета.

Хотя экзопланету, которую открыла команда, невозможно изобразить с помощью современных приборов, Махадеван отметил, что телескопы следующего поколения смогут анализировать атмосферу планеты, что потенциально может выявить химические признаки жизни.

«Мы всегда сосредоточены на будущем, — говорит он. — Будь то обеспечение возможности для следующего поколения студентов участвовать в передовых исследованиях или проектирование и создание новых технологий для обнаружения потенциально пригодных для жизни планет».

Новооткрытая экзопланета идеально расположена для непосредственного наблюдения с помощью более совершенных технологий. Махадеван и его студенты уже планируют, когда появятся более мощные телескопы — новое поколение наземных телескопов класса 30 метров. Оснащенные современными приборами, новые телескопы, как ожидается, смогут получать изображения недалеких каменистых планет в зонах, пригодных для жизни.

«Хотя мы еще не можем подтвердить наличие атмосферы или жизни на GJ 251 c, эта планета является многообещающей целью для будущих исследований», — сказал Махадеван. «Мы сделали захватывающее открытие, но об этой планете еще многое предстоит узнать».

Геологи обнаружили первые свидетельства существования «прото-Земли» возрастом 4,5 миллиарда лет

Материалы из древних пород могут раскрыть условия ранней Солнечной системы, которые сформировали раннюю Землю, еще до «гигантского удара», и другие планеты. Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT). Ученые из MIT и других учреждений обнаружили чрезвычайно редкие остатки «прото-Земли», которая образовалась около 4,5 миллиарда лет назад, до того, как колоссальное столкновение безвозвратно изменило состав первоначальной планеты и создало Землю, которую мы знаем сегодня. Их выводы, опубликованные в журнале Nature Geosciences, помогут ученым собрать воедино первичные компоненты, сформировавшие раннюю Землю и остальную часть Солнечной системы. Миллиарды лет назад ранняя Солнечная система была вихревым диском из газа и пыли, который со временем сгустился и накопился для образования самых первых метеоритов, которые, в свою очередь, слились, образовав прото-Землю и соседние планеты. На этом самом первом этапе Земля, вероятно, была каменистой и кипела лавой. Затем, менее чем через 100 миллионов лет, метеорит размером с Марс врезался в молодую планету в результате уникального «гигантского удара», который полностью перемешал и расплавил внутреннюю часть планеты, фактически перезапустив ее химический состав. Считалось, что любой первичный материал, из которого состояла прото-Земля, был полностью трансформирован.

Но выводы команды свидетельствуют об обратном. Исследователи обнаружили в древних породах химический признак, который отличается от большинства других материалов, находящихся на Земле сегодня. Этот признак имеет вид едва заметного дисбаланса изотопов калия, обнаруженного в образцах очень старых и очень глубоких пород. Команда определила, что дисбаланс калия не мог быть вызван ни одним предыдущим крупным столкновением или геологическими процессами, происходящими на Земле сейчас.

Наиболее вероятным объяснением химического состава образцов является то, что они являются остатками материала прото-Земли, который каким-то образом остался неизменным, даже когда большая часть ранней планеты подверглась удару и трансформации.

«Это, возможно, первое прямое доказательство того, что мы сохранили материалы прото-Земли», — говорит Николь Ни, доцент кафедры наук о Земле и планетах MIT, соавтор исследования. «Мы видим кусок очень древней Земли, даже до гигантского удара. Это удивительно, потому что мы ожидали, что эти очень ранние следы будут медленно стираться в процессе эволюции Земли».

В исследовании также приняли участие ученые из Чэндуского технологического университета в Китае, Карнегиевского института науки в Вашингтоне, ETH Цюрих в Швейцарии и Скриппского института океанографии в Калифорнии.

В 2023 году Ни и ее коллеги проанализировали много крупных метеоритов, которые были собраны из разных мест по всему миру и тщательно изучены. Перед тем как упасть на Землю, эти метеориты, вероятно, образовались в разное время и в разных местах Солнечной системы, а потому отражают изменения условий Солнечной системы с течением времени. Сравнивая химический состав этих образцов метеоритов с составом Земли, исследователи обнаружили среди них «изотопную аномалию калия».

Изотопы — это несколько отличающиеся версии элемента, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Элемент калий может существовать в одном из трех природных изотопов с массовыми числами (протоны плюс нейтроны) 39, 40 и 41 соответственно. Где бы ни был найден калий на Земле, он существует в характерной комбинации изотопов, где калий-39 и калий-41 преобладают. Калий-40 присутствует, но в сравнительно незначительном количестве.

Ни и ее коллеги обнаружили, что метеориты, которые они исследовали, имели баланс изотопов калия, отличавшийся от большинства материалов на Земле. Эта аномалия калия намекала на то, что любой материал, имеющий подобную аномалию, вероятно, является более древним, чем современный состав Земли. Другими словами, любой дисбаланс калия был бы сильным признаком материала из прото-Земли, до того как гигантский удар изменил химический состав планеты.

«В этой работе мы обнаружили, что разные метеориты имеют разные изотопные сигнатуры калия, а это означает, что калий можно использовать как индикатор строительных блоков Земли», — объясняет Ни.

В текущем исследовании команда искала признаки аномалий калия не в метеоритах, а внутри Земли. Их образцы включают порошкообразные скальные породы из Гренландии и Канады, где найдены некоторые из древнейших сохранившихся скальных пород. Они также проанализировали отложения лавы, собранные на Гавайях, где вулканы вынесли на поверхность некоторые из древнейших и самых глубоких материалов Земли из мантии (самого толстого слоя скальных пород планеты, отделяющего кору от ядра).

«Если этот калиевый след сохранился, мы хотели бы искать его в глубоком времени и глубокой Земле», — говорит Ни.

Сначала команда растворила различные образцы порошка в кислоте, затем тщательно выделила калий из оставшейся части образца и с помощью специального масс-спектрометра измерила соотношение трех изотопов калия. Примечательно, что они обнаружили в образцах изотопный след, который отличался от того, что было найдено в большинстве материалов на Земле.

В частности, они обнаружили дефицит изотопа калия-40. В большинстве материалов на Земле этот изотоп уже является незначительной долей по сравнению с двумя другими изотопами калия. Но исследователи смогли различить, что их образцы содержали еще меньший процент калия-40. Обнаружение этого крошечного дефицита похоже на поиск одной песчинки коричневого песка в ведре, а не в лопате, полной желтого песка.

Команда обнаружила, что образцы действительно имели дефицит калия-40, что свидетельствует о том, что материалы «были построены по-другому», говорит Ни, по сравнению с большинством того, что мы видим на Земле сегодня.

Но могли ли эти образцы быть редкими остатками прото-Земли? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи предположили, что это могло быть так. Они рассуждали, что если прото-Земля изначально была создана из таких материалов с дефицитом калия-40, то большая часть этого материала подверглась бы химическим изменениям — от гигантского удара и последующих, меньших ударов метеоритов — что в конечном итоге привело бы к появлению материалов с большим количеством калия-40, которые мы видим сегодня.

Команда использовала данные о составе каждого известного метеорита и провела моделирование того, как дефицит калия-40 в образцах изменялся бы после ударов этих метеоритов и гигантского удара. Они также смоделировали геологические процессы, происходившие на Земле с течением времени, такие как нагревание и перемешивание мантии. В конце концов, их моделирование дало состав с несколько более высокой долей калия-40 по сравнению с образцами из Канады, Гренландии и Гавайев. Что еще более важно, моделируемые составы соответствовали составам большинства современных материалов.

Эта работа предполагает, что материалы с дефицитом калия-40, вероятно, являются остатками оригинального материала прото-Земли.

Интересно, что характеристики образцов не совпадают с характеристиками ни одного другого метеорита в коллекциях геологов. Хотя метеориты в предыдущей работе команды демонстрировали аномалии калия, они не соответствуют дефициту, который наблюдается в образцах прото-Земли. Это означает, что метеориты и материалы, из которых изначально образовалась прото-Земля, еще не обнаружены.

«Ученые пытаются понять первоначальный химический состав Земли, сопоставляя составы различных групп метеоритов, — говорит Ни. — Но наше исследование показывает, что нынешний перечень метеоритов является неполным, и нам еще многое нужно узнать о происхождении нашей планеты».

Астрономы обнаружили таинственный темный объект, массой более миллиона Солнц

Благодаря гравитационному линзированию в далекой Вселенной обнаружен объект, который ничего не излучает. Существование таких объектов может рассказать нам больше о таинственной темной материи, составляющей четверть Вселенной. Об этом сообщают в Калифорнийском университете в Дэвисе. Результаты работы описаны в двух статьях, опубликованных 9 октября в журналах Nature Astronomy и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Поскольку этот объект не излучает света или другого излучения, он был обнаружен по тому, как его гравитация искажает свет, проходящий через него или вблизи него. Этот эффект называется гравитационным линзированием. На основе искажения астрономы могут сделать вывод о количестве вещества в невидимом объекте. На самом деле новый объект настолько мал, что его обнаружили благодаря небольшому искажению изображения, вызванного гораздо более крупным объектом, как дефект в зеркале в комнате смеха. «Обнаружение объекта с такой низкой массой на таком большом расстоянии от нас является впечатляющим достижением», — сказал Крис Фасснахт, профессор кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Дэвисе, соавтор статьи в журнале Nature Astronomy. «Обнаружение объектов с низкой массой, таких как этот, имеет решающее значение для изучения природы темной материи».

Масса загадочного объекта примерно в 1 миллион раз превышает массу нашего Солнца. Его природа неизвестна: это может быть скопление темной материи, в 100 раз меньшее любого ранее обнаруженного, или очень компактная, неактивная карликовая галактика.

Хотя темная материя незаметна, за исключением ее гравитационного воздействия, считается, что она формирует распределение галактик, звезд и других видимых тел на небе. Ключевым вопросом для астрономов является то, может ли темная материя существовать в виде небольших скоплений без звезд. Это могло бы подтвердить или опровергнуть некоторые теории о природе темной материи.

Команда использовала такие инструменты, как телескоп Грин-Бэнк (GBT) в Западной Вирджинии, Антенный массив очень большой базы (VLBA) на Гавайях и Европейскую сеть интерферометров очень большой базы (EVN), включающую радиотелескопы в Европе, Азии, Южной Африке и Пуэрто-Рико, чтобы создать супертелескоп размером с Землю для фиксации слабых сигналов гравитационного линзирования темным объектом.

Это в сто раз самый маленький по массе объект, найденный с помощью этой техники, что позволяет предположить, что этот метод может быть использован для поиска других подобных объектов.

«Учитывая чувствительность наших данных, мы ожидали найти по крайней мере один темный объект, поэтому наше открытие согласуется с так называемой «теорией холодной темной материи», на которой основана значительная часть нашего понимания того, как формируются галактики», — сказал главный автор Девон Пауэлл из Института астрофизики имени Макса Планка (MPA) в Германии. «Найдя один, теперь вопрос заключается в том, сможем ли мы найти еще, и будут ли их количества согласовываться с моделями».

Команда продолжает анализировать данные, чтобы лучше понять природу темного объекта, а также ищет другие примеры таких темных объектов в других частях неба.

Количество зарегистрированных NASA планет за пределами Солнечной системы достигло 6 тысяч

Официальное количество экзопланет, которые отслеживает NASA, достигло 6000. Эта веха подчеркивает ускорение темпов открытий, происходящих чуть более чем через три десятилетия после обнаружения первых экзопланет. Об этом сообщают в американском Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Подтвержденные планеты добавляются в список на постоянной основе учеными со всего мира, поэтому ни одна планета не считается 6000-й. Эту цифру отслеживает Институт наук об экзопланетах NASA (NExScI), базирующийся в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. В дополнение к этому существует еще более 8000 планет-кандидатов, которые ждут подтверждения. Эта веха наступила через 30 лет после открытия первой экзопланеты вокруг звезды, похожей на наше Солнце, в 1995 году. (До этого было обнаружено несколько планет вокруг звезд, исчерпавших все свое топливо и коллапсировавших.) Хотя исследователи считают, что в нашей галактике Млечный Путь есть миллиарды планет, их поиск остается слишком сложным.

Помимо открытия многих отдельных планет с интересными характеристиками, по мере роста общего количества известных экзопланет, ученые могут сравнить общую популяцию планет с планетами нашей Солнечной системы.

Например, хотя в Солнечной системе одинаковое количество каменистых и гигантских планет, как представляется, каменистые планеты более распространены во Вселенной. Исследователи также обнаружили ряд планет, которые полностью отличаются от планет нашей Солнечной системы.

 Есть:

планеты типа горячий Юпитер, которые вращаются ближе к своей материнской звезде, чем Меркурий вращается вокруг Солнца;

планеты, которые вращаются вокруг двух звезд, ни одной звезды и планеты, покрытые лавой;

некоторые с плотностью пенопласта;

а другие с облаками, состоящими из драгоценных камней.

«Каждый из различных типов планет, которые мы открываем, дает нам информацию об условиях, при которых могут образовываться планеты, и, в конечном итоге, о том, насколько распространены могут быть планеты, подобные Земле, и где мы должны их искать», — сказала Дон Гелино, руководитель программы NASA по исследованию экзопланет (ExEP), базирующейся в Лаборатории реактивного движения агентства в Южной Калифорнии. «Если мы хотим узнать, одиноки ли мы во Вселенной, все эти знания чрезвычайно важны».

Менее 100 экзопланет были непосредственно сфотографированы, поскольку большинство планет настолько тусклые, что теряются в свете своей материнской звезды. Другие четыре метода обнаружения планет являются косвенными. Например, с помощью метода транзита астрономы ищут звезду, которая на короткое время тускнеет, когда орбитальная планета проходит перед ней.

Чтобы учесть возможность того, что за определенным сигналом стоит что-то другое, чем экзопланета, большинство кандидатов в экзопланеты должны быть подтверждены дальнейшими наблюдениями, часто с помощью дополнительного телескопа, а это требует времени. Вот почему в архиве экзопланет NASA (который ведет NExScI) есть длинный список кандидатов, ожидающих подтверждения.

«Нам действительно нужно, чтобы все сообщество работало вместе, если мы хотим максимизировать наши инвестиции в эти миссии, которые выявляют кандидатов в экзопланеты», — сказала Аврора Кессели, заместитель руководителя научной группы архива экзопланет NASA. «Значительная часть того, что мы делаем в NExScI, — это создание инструментов, которые помогают сообществу обнаруживать кандидаты на планеты и превращать их в подтвержденные планеты».

Темпы открытия экзопланет ускорились в последние годы (всего три года назад база данных насчитывала 5000 подтвержденных экзопланет), и эта тенденция, вероятно, сохранится. Ученые ожидают получить тысячи дополнительных кандидатов в экзопланеты от миссии Gaia Европейского космического агентства, которая находит планеты с помощью техники, называемой астрометрией, и от будущего космического телескопа NASA Нэнси Грейс Роман, который откроет тысячи новых экзопланет, главным образом с помощью техники, называемой гравитационным микролинзированием.

В NASA собираются сосредоточить изучение экзопланет на поиске каменистых планет, похожих на Землю, и исследовании их атмосфер на наличие биосигнатур — любых характеристик, элементов, молекул, веществ или особенностей, которые могут быть использованы как доказательства прошлой или современной жизни.

Но для изучения атмосфер планет, размер и температура которых схожи с Землей, нужны новые технологии. В частности, ученым нужны лучшие инструменты для блокирования отблесков звезды, вокруг которой вращается планета. А в случае планеты, подобной Земле, блики будут значительными: Солнце примерно в 10 миллиардов раз ярче Земли, что будет более чем достаточно, чтобы заглушить свет нашей родной планеты, если смотреть на нее с большого расстояния.

NASA имеет две основные инициативы, чтобы попытаться преодолеть это препятствие. Телескоп Нэнси Грейс Роман будет оснащен технологическим демонстрационным инструментом под названием Коронограф Роман, который будет тестировать новые технологии для блокировки света звезд и делать тусклые планеты видимыми. При максимальной производительности коронограф должен быть способен получать непосредственное изображение планеты размером и температурой Юпитера, вращающейся вокруг звезды, подобной нашему Солнцу, и на подобном расстоянии от этой звезды. Благодаря микролинзовому исследованию и коронографическим наблюдениям Роман раскроет новые детали о разнообразии планетарных систем, показывая, насколько распространены системы, подобные нашей, в галактике.

Для создания коронографа, способного обнаруживать планеты, подобные Земле, необходимы дополнительные достижения в технологии коронографии. NASA работает над концепцией такой миссии, которая пока называется «Обсерватория пригодных для жизни миров».

Найдена далёкое скопление галактик, напоминающее гроздь винограда

Международная группа астрономов обнаружила в созвездии Зайца скопление небольших и ярких галактик RXCJ0600-2007 с красным смещением (z) 6,072. Это означает, что она находится на расстоянии 27,62 млрд. световых лет от Земли и сформировалась примерно через 937 млн. лет после Большого взрыва. Новое исследование показало, что рядом с основной галактикой расположено по меньшей мере 15 меньших протогалактических сгустков. Вместе они напоминают гроздь ярко-фиолетового винограда в космосе, за счёт чего, зарождающаяся галактика получила имя "космический виноград". На первых снимках «Хаббла» скопление RXCJ0600-2007 выглядит как размытое пятно. Но благодаря современным технологиям астрономы смогли увидеть вращающуюся галактику с 15 массивными сгустками, в которых образуются звезды. Это открытие противоречит современным представлениям об эволюции ранних галактических систем. Никто не ожидал найти столько скоплений в одной галактике той эпохи.

Сливающееся в более крупную галактику протоскопление галактик нашли благодаря гравитационному линзированию. Это эффект, при котором массивное скопление галактик «увеличивает» свет далеких объектов, словно линза. Для наблюдения объединили мощности телескопа "Джеймс Уэбб" и радиотелескопов ALMA.