Proxima Centauri b - Proxima Centauri b

Proxima Centauri b

Artystyczna koncepcja Proxima Centauri b jako skalistej egzoplanety z Proxima Centauri i układem podwójnym Alpha Centauri w tle. Rzeczywisty wygląd planety nie jest znany.
Odkrycie
Odkryty przez	Anglada-Escudé i in.
Strona odkrywców	Europejskie Obserwatorium Południowe
Data odkrycia	24 sierpnia 2016
Metoda wykrywania	Spektroskopia Dopplera
Charakterystyka orbity
Półoś wielka	0,0485+0.0041 −0.0051 AU
Ekscentryczność	0,124+0,070 −0,068
Okres orbitalny	11.18427+0.00066 −0.00070 D
Argument z peristron	310 ± 50
Półamplituda	1,38 ± 0,21
Gwiazda	Proxima Centauri
Charakterystyka fizyczna
Średni promień	1.30+1,20 −0,62R ⊕
Masa	1,60+0,46 −0,36M ⊕
Temperatura	T eq : 234 K (-39 ° C; -38 ° F)

Proxima Centauri b (zwany również Proxima b lub Alpha Centauri Cb ) jest egzoplanetą orbicie w mieszkalnej strefie z czerwonego karła gwiazdy Proxima Centauri , która jest najbliższa gwiazda do Słońca , a część z potrójnym układzie gwiazd . Jest to około 1,28 parseków lub 4,2 lat świetlnych (4,0 × 10 ¹³  km) od Ziemi w konstelacji Centaura , co czyni go i Proxima c z najbliższymi znanymi egzoplanet do Układu Słonecznego .

Proxima Centauri b krąży wokół gwiazdy w odległości około 0,05 AU (7 500 000 km; 4 600 000 mil) z okresem orbitalnym około 11,2 dni ziemskich i ma szacunkową masę co najmniej 1,2 razy większą od masy Ziemi. Jest on poddawany ciśnieniu wiatru gwiezdnego ponad 2000 razy większemu niż ziemskie od wiatru słonecznego , a jego zdolność do zamieszkania nie została jeszcze ostatecznie ustalona.

Odkrycie planety zostało ogłoszone w sierpniu 2016 roku. Odkryto je metodą prędkości radialnych , gdzie okresowe przesunięcia linii widmowych gwiazdy macierzystej w Dopplerze sugerują istnienie obiektu na orbicie. Z tych odczytów wynika, że ​​prędkość radialna gwiazdy macierzystej względem Ziemi zmienia się z amplitudą około 1,4 metra (4,5 stopy) na sekundę. Według Guillem Anglada‐Escudé (hiszpański astronom), bliskość planety do Ziemi daje możliwość zrobotyzowanej eksploracji kosmosu w ramach projektu Starshot lub przynajmniej „w nadchodzących stuleciach”.

Bez znanego nachylenia orbity dokładna masa Proxima Centauri b jest nieznana. Jeśli jego orbity jest prawie krawędziowym, to ma masę 1.173 ± 0,086  M _⊕ ( mas ziemnych ). Statystycznie istnieje około 90% szans, że jego masa jest mniejsza niż 2,77  M _⊕ .

W maju 2019 r. w artykule prezentującym najnowsze dane z Kosmicznego Teleskopu Spitzera stwierdzono, że Proxima Centauri b nie przechodziła przez swoje Słońce względem Ziemi i przypisywała wcześniejsze wykrycia tranzytu skorelowanemu szumowi.

Charakterystyka fizyczna

Masa, promień i temperatura

Pozorne nachylenie orbity Proxima Centauri b nie zostało jeszcze zmierzone. Minimalna masa z Proxima b 1.17  M _⊕ , co byłoby rzeczywistą masę jeśli jego orbity obserwowano krawędziowym z Ziemi. Znając nachylenie orbity, masa będzie możliwa do obliczenia. Bardziej nachylone orientacje oznaczają większą masę, przy czym 90% możliwych orientacji implikuje masę poniżej 2,77  M _⊕ . Jeśli orbita Proximy Centauri b jest współpłaszczyznowa z orbitą kandydatki na egzoplanetę Proxima Centauri c, której oszacowania masy rzeczywistej zostały niedawno obliczone przy użyciu różnych kombinacji jej parametrów spektroskopowych orbity, anomalii ruchu własnego Gaia DR2 i pomiarów astrometrycznych, wówczas rzeczywista masa Proximy b można oszacować. Na przykład artykuł opublikowany w 2020 r. przez Taskera i Laneuville et al. szacunki1,60+0,46
−0,36Masy Ziemi. Zasugerowano inne możliwe wartości, w tym inny artykuł z 2020 roku autorstwa Kervelli et al. Szacowany2,1+1,9
-0,6Masy Ziemi, a drugi Benedict et al. Szacowany3,0 ± 0,3 Masy Ziemi jako rzeczywiste wartości masy dla Proximy b.

Szacuje się, że dokładny promień planety jest nieco większy niż promień Ziemi, ale dokładny stopień nie jest w pełni znany, chociaż ostatnie szacunki sugerują około 1,3  R _⊕ . Jeśli ma skalisty skład i gęstość równą ziemskiej, jego promień jest mniejszy. Mógłby być większy, gdyby miał mniejszą gęstość niż Ziemia lub masę większą niż masa minimalna. Jak wiele planet wielkości super-Ziemii , Proxima Centauri b może mieć lodowy skład, jak Neptun , z gęstą, otaczającą atmosferą wodoru i helu ; Obliczono, że prawdopodobieństwo to jest większe niż 10%. Jednak w oparciu o niedawną modelowaną masę i promień wydaje się to mało prawdopodobne.

Planeta ma temperaturę równowagi 234 K (-39 ° C; -38 ° F), nieco zimniejszą niż 255 K na Ziemi (-18 ° C; -1 ° F). Obecnie nie można określić dokładnej temperatury powierzchni planety, ponieważ wiele czynników wpływających na tę temperaturę jest nieznanych. Takie czynniki obejmowałyby to, czy ma atmosferę, czy ogrzewanie pływowe.

Gwiazda gospodarza

Planeta krąży wokół czerwonego karła typu M o nazwie Proxima Centauri . Gwiazda ma masę 0,12  M _☉ i promień 0,14  R _☉ . Ma temperaturę powierzchni 3042 K   i ma 4,85 miliarda lat. Dla porównania, Słońce ma 4,6 miliarda lat i ma temperaturę powierzchni 5778 K. Proxima Centauri obraca się mniej więcej co 83 dni i ma jasność około 0,0015  L _☉ . Podobnie jak dwie większe gwiazdy w układzie potrójnym, Proxima Centauri jest bogata w metale w porównaniu ze Słońcem, czego normalnie nie można znaleźć w gwiazdach o małej masie, takich jak Proxima. Jego metaliczność ([Fe/H]) wynosi 0,21 lub 1,62 razy więcej niż w atmosferze Słońca.

Mimo że Proxima Centauri jest najbliższą Słońcu gwiazdą, nie jest widoczna gołym okiem z Ziemi ze względu na swoją niską jasność (średnia jasność pozorna 11,13).

Proxima Centauri jest gwiazdą rozbłyskową . Oznacza to, że z powodu aktywności magnetycznej, która wywołałaby duże burze słoneczne, od czasu do czasu podlega on dramatycznemu wzrostowi jasności i emisji wysokiej energii. 18 marca 2016 r. zaobserwowano superrozbłysk o energii 10 ^26,5 dżuli . Rozbłysk z marca 2016 roku osiągnął około 68 razy większy poziom niż zwykle, a więc nieco jaśniejszy niż Słońce. Oszacowano, że napromieniowanie powierzchni jest 100 razy większe niż wymagane do zabicia nawet odpornych na promieniowanie UV mikroorganizmów. W oparciu o tempo obserwowanych rozbłysków całkowite ubytek warstwy ozonowej w atmosferze podobnej do Ziemi nastąpi w ciągu kilkuset tysięcy lat.

Orbita

Proxima Centauri b okrąża swoją gwiazdę macierzystą co 11,186 dni w odległości półosi wielkiej wynoszącej około 0,05 jednostki astronomicznej (7 000 000 km; 5 000 000 mil), co oznacza, że ​​odległość od egzoplanety do jej gwiazdy macierzystej wynosi jedną dwudziestą odległości od gwiazdy Ziemia do Słońca. Dla porównania Merkury , najbliższa Słońcu planeta, ma odległość od półosi wielkiej 0,39 j.a. Proxima Centauri b otrzymuje około 65% ilości strumienia promieniowania od swojej gwiazdy macierzystej, jaką Ziemia otrzymuje od Słońca – dla porównania Mars otrzymuje około 43%. Większość strumienia promieniowania z Proxima Centauri znajduje się w widmie podczerwonym . W zakresie widzialnym egzoplaneta odbiera tylko ~3% PAR (400–700 nm) irradiancji Ziemi – dla porównania Jowisz otrzymuje 3,7%, a Saturn 1,1%. – więc na powierzchni Proximy Centauri b zwykle nie było dużo jaśniej niż zmierzch . Maksymalne oświetlenie poziomego gruntu o zmierzchu o wschodzie słońca to około 400 luksów, natomiast oświetlenie Proximy b to około 2700 luksów przy cichej Proximie. Proxima ma również flary. Najjaśniejszy rozbłysk obserwowany do 2016 roku zwiększył wizualną jasność Proximy około 8 razy, co byłoby dużą zmianą w stosunku do poprzedniego poziomu, ale przy około 17% oświetlenia Ziemi, niezbyt silne światło słoneczne. Jednak ze względu na swoją ciasną orbitę Proxima Centauri b otrzymuje około 400 razy więcej promieniowania rentgenowskiego niż Ziemia.

Zamieszkanie

Koncepcja artystyczna powierzchni Proxima Centauri ur. W tle, w prawym górnym rogu Proximy, widać układ podwójny Alfa Centauri .

Nie ustalono, czy Proxima Centauri b nadaje się do zamieszkania , ale planeta jest poddawana ciśnieniu wiatru gwiezdnego ponad 2000 razy większemu niż na Ziemi z wiatru słonecznego. Przy braku pola magnetycznego to promieniowanie i wiatry gwiazdowe prawdopodobnie zdmuchnęłyby każdą atmosferę, pozostawiając podpowierzchnię jako jedyne potencjalnie nadające się do zamieszkania miejsce na tej planecie.

Egzoplaneta krąży w ekosferze Proxima Centauri, gdzie przy odpowiednich warunkach planetarnych i właściwościach atmosferycznych na powierzchni planety może występować woda w stanie ciekłym. Gwiazda gospodarz, z około jednej ósmej do masy Słońca , ma strefę mieszkalną między ~0.0423-0.0816 AU . W październiku 2016 r. naukowcy z francuskiego instytutu badawczego CNRS stwierdzili, że istnieje duże prawdopodobieństwo, że planeta będzie posiadać oceany powierzchniowe i cienką atmosferę. Jednak o ile planeta nie przechodzi przed swoją gwiazdą z perspektywy Ziemi, trudno jest przetestować te hipotezy.

Efekty pływowe i rozbłyski gwiezdne

Mimo że Proxima Centauri b znajduje się w strefie nadającej się do zamieszkania, możliwość zamieszkania na planecie jest kwestionowana z powodu kilku potencjalnie niebezpiecznych warunków fizycznych. Egzoplaneta jest na tyle blisko swojej gwiazdy macierzystej , że może być zablokowana pływowo . W tym przypadku możliwe jest, że wszelkie obszary mieszkalne mogą być ograniczone do obszaru granicznego między dwoma skrajnymi stronami, ogólnie określanego jako linia zakończeniowa , ponieważ tylko tutaj temperatury mogą być odpowiednie dla istnienia wody w stanie ciekłym. Jeśli mimośród orbity planety wynosi 0, może to skutkować synchroniczną rotacją , z jedną gorącą stroną stale skierowaną w stronę gwiazdy, podczas gdy przeciwna strona jest pogrążona w ciągłej ciemności i mrozie. Jednak mimośród orbity Proxima Centauri b nie jest znana z całą pewnością, poza tym, że jest mniejsza niż 0,35 – potencjalnie wystarczająco wysoka, aby mieć znaczną szansę na uchwycenie w rezonansie spinowo-orbitalnym 3:2 podobnym do rezonansu Merkurego , gdzie Proxima b obracałby się wokół własnej osi mniej więcej co 7,5 ziemskiego dnia, z około 22,4 ziemskimi dniami upływającymi między jednym wschodem słońca a następnym. Możliwe są również rezonanse tak wysokie jak 2:1. Kolejnym problemem jest to, że rozbłyski emitowane przez Proxima Centauri mogły spowodować erozję atmosfery egzoplanety. Gdyby jednak Proxima b miała silne pole magnetyczne, aktywność rozbłyskowa jej gwiazdy macierzystej nie stanowiłaby problemu. Co więcej, ostatnie dowody sugerują, że największe rozbłyski małych gwiazd – takich jak czerwone karły – występują głównie na dużych szerokościach gwiazdowych. Jeśli orbita Proximy B jest zbliżona do równika, aktywność rozbłysków może mieć na nią mniejszy wpływ, niż wcześniej sądzono.

Możliwości klimatyczne i klimatyczne

Jeśli obecna jest woda i atmosfera, powstałoby o wiele bardziej przyjazne środowisko. Zakładając ciśnienie atmosferyczne N ₂ 1 bar i 0,01 bar CO ₂ , w świecie obejmującym oceany o średniej temperaturze zbliżonej do ziemskiej, szeroki pas równikowy (rotacja niesynchroniczna) lub większość strony nasłonecznionej ( rotacja synchroniczna), byłaby trwale wolna od lodu. Duża część planety może nadawać się do zamieszkania, jeśli jej atmosfera jest wystarczająco gęsta, aby przenosić ciepło na stronę odwróconą od gwiazdy. Jeśli ma atmosferę, symulacje sugerują, że planeta mogła stracić mniej więcej tyle samo wody, ile ma Ziemia z powodu wczesnego napromieniowania w ciągu pierwszych 100-200 milionów lat po uformowaniu się planety. Woda w stanie ciekłym może być obecna tylko w najbardziej nasłonecznionych obszarach powierzchni planety w kałużach albo w obszarze półkuli planety zwróconej w stronę gwiazdy lub – jeśli planeta jest w rotacji rezonansowej 3:2 – dobowo w pasie równikowym. Podsumowując, astrofizycy uważają, że zdolność Proxima Centauri b do zatrzymywania wody z jej powstania jest najważniejszym punktem w ocenie obecnej zdatności do zamieszkania na planecie. Planeta może znajdować się w zasięgu teleskopów i technik, które mogłyby ujawnić więcej na temat jej składu i atmosfery, jeśli takie istnieją.

Jeśli atmosfera jest obecna, promieniowanie o większej długości fali pochodzące od gwiazdy macierzystej czerwonego karła oznacza, że ​​wpłynie to na pogodę. Tworzenie się chmur po dziennej stronie planety będzie zahamowane w porównaniu z Ziemią (lub Wenus), co spowoduje czystsze niebo.

Widok z Proxima Centauri b

Patrząc w kierunku nieba wokół Oriona z Alfa Centauri z Syriuszem w pobliżu Betelgeuse , Procjon w Bliźniętach i Słońcem pomiędzy Perseuszem i Kasjopeją wygenerowanym przez Celestię

Oglądane z bliska układu Alfa Centauri, niebo wyglądałoby tak samo jak dla obserwatora na Ziemi, z tym wyjątkiem, że Centaurusowi brakowałoby swojej najjaśniejszej gwiazdy. Słońce byłoby żółtą gwiazdą o pozornej jasności +0,5 magnitudo we wschodniej Kasjopei , w antypodowym punkcie obecnej rektascencji i deklinacji Alfa Centauri , w 02 ^h 39 ^m 35 ^s +60° 50′ (2000). To miejsce znajduje się blisko gwiazdy ε Cassiopeiae o jasności 3,4mag . Ze względu na położenie Słońca, międzygwiezdny lub obcy obserwator odkryłby, że \/\/ Kasjopei stał się kształtem /\/\/ prawie przed Mgławicą Serce w Kasjopei. Syriusz leży mniej niż stopień od Betelgeuse w niezmodyfikowanym Orionie iz jasnością -1,2 mag jest nieco słabszy niż z Ziemi, ale wciąż jest najjaśniejszą gwiazdą na niebie Alfa Centauri. Procyon jest również przesunięty w środek Bliźniąt , przyćmiewając Polluksa , podczas gdy zarówno Vega, jak i Altair są przesunięte na północny zachód w stosunku do Deneba (który ledwo się porusza ze względu na dużą odległość), nadając Trójkątowi Letniemu bardziej równoboczny wygląd.

Z Proxima Centauri b, Alpha Centauri AB wyglądałaby jak dwie bliskie jasne gwiazdy o łącznej jasności -6,8 magnitudo. W zależności od pozycji orbitalnej układu podwójnego jasne gwiazdy wydawałyby się zauważalnie podzielne gołym okiem lub czasami, ale przez krótki czas, jako pojedyncza nierozdzielona gwiazda. Bazując na obliczonych jasnościach bezwzględnych , pozorne jasności alfa Centauri A i B wyniosłyby odpowiednio -6,5 i -5.2.

Tworzenie

Jest mało prawdopodobne, aby Proxima Centauri b pierwotnie uformowała się na jej obecnej orbicie, ponieważ modele dysków małych gwiazd, takich jak Proxima Centauri, zawierałyby mniej niż jedną masę Ziemi  M _⊕ materii w centralnej jednostce AU w momencie ich formowania. Oznacza to, że albo Proxima Centauri b została uformowana gdzie indziej w sposób, który nie został jeszcze określony, albo obecne modele dysków dla formowania się gwiazd wymagają rewizji.

Odkrycie

Prędkość Proxima Centauri w kierunku i od Ziemi mierzona spektrografem HARPS w ciągu pierwszych trzech miesięcy 2016 roku. Czerwone symbole z czarnymi słupkami błędu reprezentują punkty danych, a niebieska krzywa to dopasowanie danych. Amplituda i okres ruchu zostały wykorzystane do oszacowania minimalnej masy planety.

Pierwsze oznaki egzoplanety zostały odnalezione w 2013 r. przez Mikko Tuomi z University of Hertfordshire na podstawie archiwalnych danych obserwacyjnych. Aby potwierdzić możliwe odkrycie, w styczniu 2016 r. zespół astronomów uruchomił projekt Pale Red Dot. 24 sierpnia 2016 r. zespół 31 naukowców z całego świata, kierowany przez Guillema Anglada-Escudé z Queen Mary University of London , potwierdził istnienie Proxima Centauri b dzięki ich badaniom, opublikowanym w recenzowanym artykule w Nature .

Pomiarów dokonano przy użyciu dwóch spektrografów, HARPS na teleskopie ESO 3,6 m w Obserwatorium La Silla oraz UVES na 8-metrowym Bardzo Dużym Teleskopie . Szczytowa prędkość radialna gwiazdy macierzystej w połączeniu z okresem orbitalnym pozwoliła na obliczenie minimalnej masy egzoplanety. Szansa fałszywego wykrycia jest mniejsza niż jeden na dziesięć milionów.

Komplikacje obserwacyjne gwiazdy zwykle wskazują na dodatkowe, nie bez znaczenia, krążące planety. Kolejna super-Ziemia została zauważona po odkryciu tej planety, jak to możliwe; jego obecność nie zdestabilizowałaby orbity Proxima Centauri b. W 2019 roku odkryto jedną bardzo dużą superziemię, znaną jako Proxima Centauri c – krąży ona w odległości 1,5 AU, zbyt daleko, by w ogóle przyciągać drugą planetę.

Dane ESPRESSO wykluczają dodatkowych towarzyszy o masach powyżej 0,6  M _⊕ w okresach krótszych niż 50 dni. Odkryto, że potencjalny towarzysz, Proxima Centauri d , w odległości 0,29  M _⊕ , ma orbitę około 5,15 dnia. Wymaga dalszych badań, aby potwierdzić jego istnienie i zidentyfikować jego właściwości orbitalne.

Przyszłe obserwacje

Very Large Telescope , a system gwiazda Alfa Centauri .

Od 2016 r. brak jednoznacznych dowodów na tranzyty łączące fotometrię MOST i HATSouth daje Proxima Centauri b tylko 1,5% szansy na zostanie planetą tranzytującą. Ten brak zdarzeń tranzytowych oznacza, że ​​prawdopodobnie potrzebne będą alternatywne metody do dalszego badania planety. Na przykład możliwe jest zobrazowanie Proximy b i zbadanie dowolnej atmosfery pod kątem obecności tlenu, pary wodnej i metanu, łącząc ESPRESSO i SPHERE na VLT . Podobnie, nadchodzący Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba może być w stanie wykryć obecność i częściowo scharakteryzować atmosferę poprzez obserwacje termicznej krzywej fazowej. Inne przyszłe teleskopy (takie jak Extremely Large Telescope , Giant Magellan Telescope i Thirty Meter Telescope ) również mogą być w stanie określić składniki każdej znalezionej atmosfery.

Odkrycie Proximy b miało istotne znaczenie dla projektu Breakthrough Starshot , projektu weryfikacji koncepcji, którego celem było wysłanie floty miniaturowych sond do systemu Alpha Centauri . Projekt jest prowadzony przez firmę badawczą Breakthrough Initiatives i planuje opracować i uruchomić flotę miniaturowych bezzałogowych statków kosmicznych o nazwie StarChips , które mogłyby podróżować z prędkością do 20% prędkości światła , docierając do systemu za około 20 lat z powiadomieniem. Ziemia nieco ponad 4 lata później.

Misja 2069 Alfa Centauri

W 2017 r. Inicjatywy przełomowe i Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) nawiązały współpracę, aby umożliwić i wdrożyć poszukiwania planet nadających się do zamieszkania w pobliskim układzie gwiezdnym Alfa Centauri. Umowa obejmuje Przełom inicjatywy zapewniające środki na uaktualnienie do (Visir V LT I mager i S pectrometer na połowę I nfra r ed) instrumentu ESO Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Chile.

Schematy

Filmy

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Dalsza lektura

• Calandrelli E, Escher A (16 grudnia 2016). „15 najważniejszych wydarzeń, które miały miejsce w kosmosie w 2016 roku” . TechCrunch . Pobrano 16 grudnia 2016 .

Zewnętrzne linki

• Poszukiwanie planet podobnych do Ziemi wokół Proxima Centauri
• Zdatność do zamieszkania Proxima Centauri b – strona internetowa Pale Red Dot do przyszłych aktualizacji
• „ESOcast 87: Wyniki bladych czerwonych kropek” – przez YouTube .
• „Wywiady z naukowcami Pale Red Dot” – przez YouTube.
• „Konferencja prasowa w siedzibie ESO” – przez YouTube.

Współrzędne : 14 ^h 29 ^m 42,9487 ^s , -62° 40′ 46.141″