Місія PLATO може стати найуспішнішим мисливцем за планетами

У 2026 році Європейське космічне агентство (ESA) запустить свою місію наступного покоління полювання за екзопланетами PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO). Ця місія просканує понад 245 000 зірок головної послідовності F, G і K-типу (жовто-білі, жовті та помаранчеві) за допомогою транзитного методу, щоб шукати можливі планети, схожі на Землю, що обертаються навколо Сонця. Відповідно до підходу «низько висячого фрукта» (він же «стежити за водою»), ці планети вважаються сильними кандидатами на придатність для проживання, оскільки вони, швидше за все, мають усі умови, які породили життя тут, на Землі.

Знання того, скільки планет PLATO, ймовірно, виявить і скільки з них відповідатимуть характеристикам, подібним до Землі, є важливим для визначення того, як і де він повинен присвятити свій час спостереження. Згідно з новим дослідженням, яке незабаром буде опубліковано в журналі Astronomy&Astrophysics, місія PLATO, ймовірно, знайде десятки тисяч планет. Залежно від кількох параметрів вони також вказують на те, що він може виявити мінімум 500 планет розміром із Землю, близько десятка з яких матимуть сприятливі орбіти навколо зірок типу G (сонцеподібних).

Дослідження було проведено в Інституті дослідження планет (IFP) та Інституту оптичних сенсорних систем Німецького аерокосмічного центру (DLR), Департаменту геологічних наук Вільного університету Берліна (FU Berlin) і Центру астрономії та астрофізики в Технічному університеті Берліна (TUB). Філіп Матушевський, Ph.D. Кандидат Гренобльського інституту планетарії та астрофізики (IPAG) в Університеті Гренобльських Альп, керував дослідженням як частиною своєї дисертації під час навчання у FU Berlin та Extrasolar Planets and Atmospheres.

Щоб оцінити кількість екзопланет, які може виявити PLATO, Матушевський і його команда розробили інструмент під назвою Planet Yield for PLATO Estimator (PYPE). Цей інструмент поєднує в собі статистичний підхід із частотою появи на основі моделей утворення планет і даних, отриманих космічним телескопом Kepler. Це дозволило їм оцінити, скільки екзопланет PLATO виявить протягом чотирьох років на основі частки полів спостереження, вибраних для вхідного каталогу зірок PLATO для всього неба (PIC). Як Матушевський пояснив Universe Today електронною поштою:

«По-перше, нам потрібна була синтетична популяція планет (наш власний маленький всесвіт, якщо хочете). Для цього ми взяли модель планетарного населення, яка в основному є імітацією 1000 протопланетних дисків, що еволюціонують у планетарні системи (Крістоф Мордасіні з Бернського університету, Швейцарія, надав нам ці планетні системи). Оскільки отримані системи значно відрізняються від того, що ми зараз знаємо про екзопланети, ми хотіли включити дані Кеплера. Базуючись на рівнях зустрічальності з Kepler, ми сформували наші власні популяції двох планет для порівняння».

Другий крок, сказав Матушевський, полягав у тому, щоб команда оцінила, скільки зірок PLATO спостерігатиме лише в одному полі зору (~125 000), і призначила кожній планетарну систему (на основі нашої). Далі вони розглянули, скільки з цих планет мали б правильну орієнтацію, щоб здійснювати транзити відносно PLATO (чи це ребро до телескопа?), таким чином створюючи видиме падіння яскравості. Для рослини, що обертається навколо зірки такого ж розміру, як наше Сонце, з орбітальним періодом 365 днів, ймовірність того, що це станеться (така ймовірність транзиту), становить лише 0,47%.

Але якщо взяти до уваги кількість зірок, які буде спостерігати PLATO, це все ще залишає десятки тисяч кандидатів, доступних для вивчення. Нарешті, вони застосували модель ефективності виявлення, яка враховує продуктивність камер PLATO та різноманітні джерела шуму, щоб побачити, чи буде транзитний сигнал сильнішим за фоновий шум. «Це основна функція PYPE», — сказав Матушевський. «Звідти ми можемо налаштувати програму так, щоб ми отримували результати для різних помилкових сценаріїв і періодів часу. Скільки планет ми знаходимо, дивлячись тут протягом двох років і там протягом двох років? Що, якщо ми довше дивимось на певне поле?»

Коли вони застосували PYPE до 4-річної основної місії обсерваторії, команда отримала дуже обнадійливі результати. Залежно від того, які поля він спостерігає та як довго, орбітального періоду планет, орієнтації планет та інших факторів, вони виявили, що PLATO, ймовірно, виявить тисячі або десятки тисяч екзопланет. Що ще більш обнадійливо, вони виявили, що статистично значуща кількість цих планет, ймовірно, схожа на Землю. Як пояснив Матушевський:

«Використовуючи найбільш консервативну модель населення планет і сценарій місії, ми оцінюємо щонайменше 500 планет розміром із Землю, які будуть виявлені протягом номінальної тривалості місії в 4 роки. Це включає кожен тип зірки та кожну відстань до зірки. Якщо ми подивимося на планети розміром із Землю з діапазоном орбітальних періодів 250-500 днів навколо зірок G (аналоги Земля-Сонце), ми оцінюємо до 12 виявлень. Це для 2+2 років спостереження з найоптимістичнішою моделлю планети».

За останні двадцять років кількість відомих екзопланет зросла в геометричній прогресії: станом на 30 липня 2023 року було підтверджено 5483 виявлення в 4087 системах (та ще 9770 кандидатів, які очікують підтвердження). що переважає теорії про формування планет і темпи появи. Однак залишаються деякі запитання без відповіді та значна невизначеність щодо того, наскільки поширеними є певні типи планет (пов’язаних з пропусками в переписі екзопланет).

Метою цього дослідження та подібних до нього є встановлення оцінок, які можна порівняти з даними спостережень. Те, як результати відхиляються від оцінок, допоможе інформувати моделі формування планет і дасть вченим краще уявлення про те, наскільки поширені екзопланети – з урахуванням розміру, маси, складу, орбітального періоду тощо. Зокрема, результати PLATO покажуть, наскільки поширені екзопланети. Землеподібні планети, що обертаються навколо Сонця типу G, є аналогами Сонця, що допоможе звузити коло пошуків світів, які, ймовірно, будуть придатними для життя та населеними. Джерело