Drugi najbliższy układ gwiezdny na Ziemi jest jednym z najintensywniej badanych celów w galaktyce. Astronomowie od dziesięcioleci mierzą maleńkie właściwości gwiazdy, szukając oznak orbitujących planet, a przez lata zbierano tu i ówdzie wskazówki o możliwym szarpnięciu świata za gwiazdę - ale nic nigdy nie było uważane za rozstrzygające.
Teraz jednak astronomowie w końcu ujawnili silne oznaki, że Gwiazda Barnarda, oddalona zaledwie o sześć lat świetlnych, ma wokół siebie jedną lub więcej planet.
Zespół naukowców z instytucji polującej na egzoplanety Red Dots opublikował dziś badanie w Nature, które gromadzi ponad 20 lat obserwacji gwiazdy. Prace wyciągnęły dość niezwykłego kandydata na planetę: super-zimną planetę, około 3, 2 razy większą od masy Ziemi, która krąży wokół swojej gwiazdy co 233 dni.
Wrażenia artysty na planecie Gwiazdy Barnarda w pomarańczowym zabarwionym świetle gwiazdy. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa) Barnard's Star, mały czerwony karzeł, od dawna jest głównym celem poszukiwań planet. W latach 1963–1972 powszechnie uważano, że gwiazda jest gospodarzem jednego lub więcej gazowych gigantów, co odpowiada niektórym najwcześniejszym twierdzeniom pozasłonecznym, które spotkały się z szerokim zainteresowaniem. „Planety” okazały się jednak jedynie problemem instrumentalnym w Obserwatorium Sproula w Swarthmore w Pensylwanii, którego dyrektor Peter van de Kamp po raz pierwszy twierdził, że istnieją planety wokół gwiazdy.
Od tego czasu jednak łowca planet po łowcach planet skierował swoje teleskopy na gwiazdę, szukając oznak czegoś niezwykłego. Chociaż Gwiazda Barnarda jest drugim najbliższym układem gwiezdnym na Ziemi - po trzech gwiazdach układu Alfa Centauri - astronomowie wciąż pojawiali się z pustymi rękami, dopóki nie uzyskano wielu lat danych.
Ta zimna Super Ziemia jest drugą najbliższą znaną egzoplanetą po Ziemi, po Proxima Centaur b.
„Ostatecznie uważamy, że obiekt jest wystarczająco mocno” - mówi Ignasi Ribas z Institut de Ciències de l'Espai i główny autor artykułu. „Zawsze musimy zachować ostrożność i oczywiście więcej danych powinno wzmocnić argumenty przemawiające za tym, ale byliśmy na tyle pewni, że byliśmy gotowi kontynuować publikację”.
Część wyzwań związanych z odnalezieniem planety pochodzi z metody zastosowanej przez astronomów: prędkość radialna (RV). Metoda prędkości radialnej szuka zmian grawitacyjnych, gdy planeta popycha lub ciągnie swoją gwiazdę. Ta metoda jest świetna do wyszukiwania dużych planet i została skutecznie wykorzystana do znalezienia mniejszych, pobliskich planet, takich jak Proxima Centauri b - ale do znalezienia małych, odległych planet, to zupełnie inna sprawa.
Barnard's Star b, jak znana jest nowa planeta, powoduje zmianę prędkości radialnej swojej gwiazdy o zaledwie 1, 2 metra na sekundę. Pierwsze planety odkryte metodą RV powodowały zmiany 13 metrów na sekundę, co czyni ten sygnał mniejszą niż 10 procent siły innych udanych znalezisk.
Cullen Blake, profesor z University of Pennsylvania, który nie był zaangażowany w badanie, mówi, że niektóre dane z RV mogły zostać zmącone przez aktywność gwiezdną gwiazdy. Niemniej jednak sama liczba obserwacji stanowi dość przekonujący przypadek, że planeta tam jest.
„Wydaje się, że istnieje pewien znaczny hałas pod względem aktywności gwiazd, którą wymodelowali”, mówi. „[Kandydat] jest bardzo silny pod względem znaczenia statystycznego.”
Pierwsze wskazówki, że planeta Barnarda tam była, pojawiły się w 2015 roku, kiedy jeden ze współautorów artykułu, Mikko Tuomi, przyjrzał się istniejącym danym prędkości radialnej z gwiazdy i stwierdził, że coś się zmienia w zależności od okresu 233 dni. W tym czasie argument na rzecz obiektu planetarnego (zamiast jakiegoś rodzaju aktywności właściwej dla gwiazdy) nie był wystarczająco silny, by stać sam.
Ribas i jego zespół zastosowali 800 różnych obserwacji Gwiazdy Barnarda, aby zmniejszyć niepewność istnienia planety. Po zebraniu danych z dziesięcioleci istnienie Gwiazdy b Barnarda wydaje się dość pewne - choć zawsze ostrożny zespół Red Dots wciąż nazywa ją kandydatem na planetę.
Graficzne przedstawienie względnych odległości do najbliższych gwiazd od Słońca. Gwiazda Barnarda jest drugim najbliższym układem gwiazdowym i najbliższą nam pojedynczą gwiazdą. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa) Badacze znaleźli także coś jeszcze w danych: słaby dowód innej planety, która byłaby znana jako Gwiazda Barnarda c. Szacuje się, że ta widmowa druga planeta w układzie, jeśli istnieje, ma długi okres orbitalny i masę Neptuna. Istnienie planety gazowej jest jeszcze trudniejsze do udowodnienia, ponieważ jej 10-letni okres oznacza słabszy sygnał. Warto jednak zauważyć, że pomiary umieszczają planetę w podobnym okresie, jak twierdzą van de Kamp w latach 60.
Van de Kamp myślał, że widział co najmniej dwie planety, jedną na 12-letniej i jedną na 25-letniej orbicie, obie wokół masy Jowisza. Wskazówki pochodziły z sygnałów astrometrycznych, które szukają odchylenia na ścieżce gwiazdy od linii środkowej z powodu wpływu niewidzialnej planety.
Z drugiej strony, nowy sygnał wydaje się wskazywać na około 15 mas Ziemi, co raczej nie spowoduje zauważalnego sygnału astrometrycznego z Ziemi. (Nowy artykuł wspomina, że Gaia, kosmiczne obserwatorium astrometryczne, może być w stanie potwierdzić planetę.) Ze względu na swoją wielkość planeta powoduje zmianę prędkości radialnej o około 3 do 4 metrów na sekundę - silniejszą niż inny kandydat na planetę, ale bez samej liczby obserwacji, aby wykluczyć alternatywne wyjaśnienie.
„Nie twierdzimy, że jest to w jakikolwiek sposób związane z planetami astrometrycznymi van de Kamp” - mówi Ribas. Zauważa jednak, że jest to ciekawy zbieg okoliczności. „Widzimy pewne różnice. Gwiazdy wykazują cykle aktywności, więc może to być cykl aktywności gwiezdnej [zamiast planety] ”.
233-dniowy okres dla świata śniegu, Barnard's Star b, znajduje się daleko poza strefą życia gwiazdy. Chociaż planeta jest bliżej swojej gwiazdy niż Ziemia od Słońca, Gwiazda Barnarda jest bardzo mała i zimna w porównaniu. Planeta krąży w obszarze znanym jako „linia śniegu”, gdzie ciała skaliste ustępują miejsca bardziej lodowatym ciałom. Gazeta mówi także, że nie ma żadnych dowodów na to, że wokół masy Ziemi znajduje się strefa mieszkalna Gwiazdy Barnarda - chociaż obiekty o masie Marsa nie zostały wykluczone.
Ale nawet jeśli ten świat jest zbyt zimny dla życia, jakie znamy, oznacza intrygujące odkrycie, ponieważ planeta jest znacznie dalej od swojej gwiazdy macierzystej niż inne planety znalezione na orbitach małych czerwonych karłów (takich jak Proxima Centauri b, która ma okres zaledwie 11 dni). Z punktu widzenia eksploracji planeta jest bliżej niż jakakolwiek znana egzoplaneta, z wyjątkiem jednej, a za 10 000 lat Gwiazda Barnarda faktycznie się wprowadzi, aby stać się najbliższą gwiazdą naszego Słońca. Fizycy już zastanawiają się nad możliwymi sposobami wystrzelenia miniaturowej sondy do Proximy Centauri b, oddalonej o około 4, 2 lat świetlnych - aw przyszłości Gwiazda b Barnarda może stać się kolejnym celem.
„Mam wrażenie, że te rzeczy są prawdopodobnie dość powszechne, ale ich wydobycie jest o wiele trudniejsze”, mówi Blake o odległych, małych, długich okresach planet, takich jak Gwiazda Barnarda. „Domyślam się, że takich kampanii będzie więcej”.
