To odkrycie nie jest kolejną sensacją z gatunku „znaleźliśmy drugą Ziemię, ale w sumie nic o niej nie wiemy”. Tu historia jest inna. HD 20794 d wyłowiono z jednego z najdłuższych zestawów danych w historii poszukiwań egzoplanet. To tak, jakby ktoś przez dwie dekady zbierał ciche szepty gwiazdy, a potem dopiero dzięki nowym narzędziom zorientował się, że w tym szumie od dawna chowa się wyraźny rytm obiegu planety.
Na razie nie wiemy, jak wygląda powierzchnia HD 20794 d. Nie ma zdjęcia z kontynentami i oceanami, nie ma potwierdzonych chmur ani atmosfery. Wiemy za to jedno. Jeśli kiedyś w naszej części Galaktyki mielibyśmy szukać świata, na którym mogły pojawić się warunki choćby zbliżone do ziemskich, ten obiekt ląduje bardzo wysoko na liście priorytetów.
Najbliższy jak dotąd „prawdziwy” kandydat na drugą Ziemię
Przez ostatnie trzy dekady astronomowie odkryli ponad siedem tysięcy egzoplanet. Większość z nich krąży jednak wokół gwiazd zupełnie innych niż Słońce. Często są to małe, nerwowe czerwone karły, które lubią wybuchać rozbłyskami promieniowania. Trudno tam mówić o spokojnym, stabilnym klimacie przez miliardy lat.
Gwiazda HD 20794 należy do zupełnie innej kategorii. To gwiazda typu G, bardzo podobna do naszego Słońca. Ma zbliżoną jasność, jest stabilna i spokojna w porównaniu z kapryśnymi czerwonymi karłami. Dodatkowo znajduje się wyjątkowo blisko. Dwadzieścia lat świetlnych to dystans, który w kosmicznych rozmowach często określa się jako „nasza okolica”.
HD 20794 d nie jest idealnym bliźniakiem Ziemi. To superziemia, czyli planeta nieco większa i cięższa od naszej. Krąży w wydłużonej, eliptycznej orbicie, która raz wprowadza ją w wewnętrzne rejony strefy nadającej się do zamieszkania, a innym razem wypycha dalej na zewnątrz. Mimo tego astronomowie traktują ją jako jeden z najbardziej obiecujących celów do przyszłych badań atmosfery i ewentualnych biosygnatur. Kluczowa jest tu kombinacja trzech rzeczy. Bliskość, podobieństwo gwiazdy do Słońca i fakt, że planeta przynajmniej przez część swojej długiej, 647-dniowej „zimy i wiosny” znajduje się w zasięgu temperatur sprzyjających ciekłej wodzie.
Jak wyłowić jedną planetę z dwóch dekad szumu?
Historia HD 20794 d pokazuje, jak bardzo zmieniły się metody łowienia egzoplanet. Tu nie pomogły efektowne spadki jasności gwiazdy, które widzimy, gdy planeta przechodzi na jej tle. W tym przypadku wykorzystano technikę prędkości radialnych. Planeta krążąca wokół gwiazdy delikatnie nią „szarpie”, sprawiając, że cała gwiazda lekko kołysze się tam i z powrotem.
Te ruchy są niewiarygodnie subtelne. Wykrywa się je jako mikroskopijne przesunięcia linii w widmie światła gwiazdy. To tak, jakbyśmy próbowali zauważyć, że dźwięk samochodu minimalnie się obniża, kiedy od nas odjeżdża. Tu różnice są jednak znacznie mniejsze niż to, co potrafi wychwycić ludzkie ucho.
Dane zbierano przez prawie dwadzieścia lat za pomocą bardzo czułych spektrografów w Chile. Najpierw jeden z badaczy zauważył podejrzanie regularny sygnał w archiwalnych pomiarach. Na tym etapie równie dobrze mógł to być efekt instrumentu albo naturalnych zmian w samej gwieździe. Dopiero po dołożeniu nowszych obserwacji i zastosowaniu zaawansowanych metod czyszczenia danych udało się wykluczyć wszystkie „fałszywe alarmy”.
Naukowcy krok po kroku usuwali wpływ atmosfery Ziemi, drobnych niestabilności instrumentów i aktywności magnetycznej gwiazdy. Dopiero na końcu, w oczyszczonym sygnale, pozostał charakterystyczny wzór, którego nie dawało się już wytłumaczyć niczym innym niż obecnością planety. Co ciekawe, okazało się, że najlepiej dane opisuje model z trzema planetami, które nazwano HD 20794 b, c i d.
Układ trzech superziemi wokół gwiazdy podobnej do Słońca
Nowy system planetarny to nie jedna samotna superziemia, ale kompaktowa rodzina trzech światów. Dwie wewnętrzne planety, b i c, poruszają się po prawie kołowych orbitach. Ta pierwsza obiega gwiazdę w niespełna trzy tygodnie, druga w około trzy miesiące. Obie mają masy niewiele większe od Ziemi i również mieszczą się w kategorii superziemi.
Najciekawsza jest jednak HD 20794 d. To ona krąży najdalej, w okresie trwającym 647 dni. Jej orbita jest wyraźnie wydłużona. W perycentrum planeta zbliża się do około 0,75 jednostki astronomicznej od gwiazdy, czyli nieco bliżej niż Ziemia do Słońca. W apocentrum oddala się nawet na 2 jednostki astronomiczne, dalej niż Mars od naszej gwiazdy.
Takie „wahadło” sprawia, że HD 20794 d raz znajduje się w sprzyjających warunkach, gdzie mogłaby utrzymywać się ciekła woda, a raz odpływa w rejony, w których temperatury spadają. Z punktu widzenia klimatu może to oznaczać bardzo niestandardowy rytm pór roku. To nie tylko klasyczne lato i zima związane z nachyleniem osi. Cały świat przechodzi przez długie, globalne fazy ocieplenia i ochłodzenia wraz z kolejnymi etapami orbity.
Czy na HD 20794 d może istnieć życie?
Najuczciwsza odpowiedź brzmi. Nie wiemy. Na razie mamy dopiero podstawowe parametry orbity i przybliżoną masę. Żeby mówić o realnej szansie na organizmy żywe, trzeba znać znacznie więcej szczegółów. Przede wszystkim to, czy planeta ma atmosferę, jak jest gruba i z czego się składa.
Jeśli otacza ją gęsty płaszcz gazowy, atmosfera może działać jak ogromny bufor, wyrównując skrajności temperatur. W takim scenariuszu nawet przy wydłużonej orbicie i dużych zmianach odległości od gwiazdy globalny klimat mógłby pozostawać względnie stabilny przez miliony lat. To dokładnie to, czego potrzebuje życie, żeby mieć czas na powstanie i ewolucję.
Z drugiej strony, jeśli HD 20794 d ma zbyt cienką atmosferę albo jest światem bardziej przypominającym skalistego mini-Neptuna z grubą warstwą gazu i wysokim ciśnieniem przy powierzchni, warunki mogą być mało gościnne. W grę wchodzą także czynniki, których teraz nie znamy. Pole magnetyczne, aktywność gwiazdy, ewentualne księżyce czy wewnętrzne źródła ciepła. Wszystko to może zdecydować o tym, czy mówimy o martwej kuli skał, czy o świecie z dynamiczną pogodą i potencjalnie ciekłą wodą.
Mimo tej niepewności naukowcy są zgodni co do jednego. Jeśli w naszej galaktycznej okolicy istnieją światy choć trochę podobne do Ziemi, HD 20794 d jest jednym z najciekawszych kandydatów do dokładnego prześwietlenia.
Dlaczego ta planeta jest takim magnesem dla przyszłych teleskopów?
Połączenie bliskości, jasnej, dobrze znanej gwiazdy i obecności superziemi w strefie sprzyjającej wodzie sprawia, że HD 20794 d jest wymarzonym celem dla kolejnej generacji instrumentów.
W przyszłości bardzo duże teleskopy naziemne, a także nowe misje kosmiczne, będą próbowały bezpośrednio fotografować planety wokół najbliższych gwiazd podobnych do Słońca. Kluczowe będzie wtedy to, jak jasna i jak spokojna jest gwiazda oraz jak daleko od niej na niebie widać same planety. W przypadku HD 20794 układ wydaje się wyjątkowo wdzięczny.
Jeśli uda się nie tylko zarejestrować światło odbite od planety, ale też rozdzielić je na tęczowe widmo, naukowcy będą mogli szukać w atmosferze charakterystycznych gazów. Tlen, metan, dwutlenek węgla, para wodna. Ich wzajemne proporcje mogą zdradzić, czy na planecie zachodzą procesy geologiczne, jakie znamy z Ziemi, oraz czy coś aktywnie „miesza” atmosferą w sposób przypominający żywe organizmy.
Oczywiście nikt rozsądny nie obiecuje, że HD 20794 d przyniesie nam jutro nagłówki w stylu „znaleźliśmy obcych”. Bardziej realistyczny scenariusz jest taki, że ten świat stanie się poligonem doświadczalnym. Miejscem, na którym astronomowie będą testować nowe metody obserwacji i analizy atmosfer egzoplanet, ucząc się rozróżniać zwykłą chemię od tej, która może mieć związek z życiem.