Denník N

Astrofyzik: Život mimo Zeme nájdeme počas nasledujúceho desaťročia, možno dvoch

Jean-François Donati je vedúci výskumu medzinárodného projektu SPIRou. Ide o unikátne zariadenie, ktoré bude vďaka možnosti pozorovať exoplanéty v infračervenom spektre hľadať exozeme – kamenné planéty obiehajúce v obývateľných zónach svojich hviezd. Astrofyzik predpokladá, že prvý život, ktorý vo vesmíre objavíme, bude vegetácia.

Hľadanie exoplanét predstavuje vzrušujúcu oblasť astrofyziky, ktorej sa venuje množstvo výskumných skupín po celom svete. V čom bude zariadenie SPIRou nové a prínosné?

Zariadenie SPIRou je priekopnícky prístroj, ktorý sme sa rozhodli zostrojiť s cieľom hľadať nové svety. Zaujímajú nás dva typy nových svetov: planetárne systémy okolo malých hviezd nazývaných červené trpaslíky, ktoré sú 5- až 10-krát menej masívne než Slnko, no tvoria približne 80 percent všetkých hviezd vo vesmíre. Podobne ako planetárny systém TRAPPIST-1, objavený niečo pred rokom, už teraz vieme, že červené trpaslíky budú mať okolo seba veľmi podobnú situáciu. Druhou skupinou nových svetov, o ktoré máme záujem, sú malé planéty nachádzajúce sa vo veľmi silných magnetických poliach. Celkovo to znamená, že na nás vo vesmíre čakajú stovky až tisícky nových, doposiaľ neobjavených exoplanét, zatiaľ poznáme skutočne iba zlomok z nich. Chceme sa dozvedieť viac o ich hmotnosti, veľkosti, či svoju hviezdu obiehajú vo vhodnej vzdialenosti na to, aby sa na ich povrchu mohla vyskytnúť tekutá voda, či o ich atmosfére.

Aké by mohli byť tieto exoplanéty? Budú sa podobať planétam, ktoré poznáme z našej slnečnej sústavy?

Tieto planéty budú pravdepodobne odlišné od tých v okolí Slnka, pretože červené trpaslíky sú menšie a menej aktívne oproti Slnku. Znamená to, že obývateľná zóna týchto hviezd sa bude nachádzať bližšie, než je to v prípade slnečnej sústavy. Aby sa na takýchto planétach mohol vyskytnúť život, budú musieť mať okolo seba silné magnetické pole, aby svoj povrch ochránili pred silným hviezdnym žiarením. Planéty navyše možno budú okolo svojich hviezd obiehať v takzvanej viazanej rotácii – podobne ako Mesiac okolo Zeme, teda že k hviezde budú privracať stále tú istú stranu.

Mohol by život vzniknúť aj na takýchto planétach, s jednou stranou horúcou a druhou veľmi chladnou?

Momentálne vieme o týchto planétach veľmi málo, poznáme ich skutočne iba zopár. Potrebujeme ich objaviť a preskúmať omnoho viac. Teoreticky, ak by mali tieto planéty efektívne pracujúcu atmosféru, teplota povrchu by sa na tejto planéte mohla jednoducho homogenizovať. Podľa mňa existuje pomerne veľká šanca, že život by mohol vzniknúť aj na takomto type exoplanét. Hľadanie nových exoplanét bude predstavovať veľmi veľké úsilie, nebudeme pri tom používať iba jeden prístroj a teleskop, budeme spolupracovať so všetkými, ktoré sú k dispozícii, či už na Zemi alebo vo vesmíre. Napríklad pomocou teleskopu TESS budeme vedieť presne odmerať polomer exoplanét, neskôr pomocou extrémne veľkého ďalekohľadu ELT zaznamenáme spektrá ich atmosfér. Cieľom našej misie je objaviť minimálne 200 nových exoplanét okolo červených trpaslíkov. Reálna hodnota však bude omnoho vyššia.

Ako bude SPIRou prispievať k honu na exoplanéty?

Toto zariadenie je presne prispôsobené na hľadanie planét v okolí červených trpaslíkov, najpočetnejšej skupiny hviezd vo vesmíre. Problémom týchto hviezd a planét je, že emitujú svetlo najmä v infračervenom spektre. Svetlo planét je navyše veľmi slabé oproti hviezde. Aby bolo možné tieto planéty pozorovať, musíme pri pohľade na tento systém odblokovať svetlo hviezdy. Toto však funguje iba v prípade, že sa planéty nachádzajú veľmi ďaleko od svojej hviezdy, aj niekoľko stoviek astronomických jednotiek (vzdialenosť Zeme od Slnka, poznámka red.). Obývateľná zóna červených trpaslíkov sa však nachádza omnoho bližšie. Navyše, ak chceme pozorovať aj samotný vznik planét v protoplanetárnych diskoch, potrebujeme nahliadnuť za prach, ktorý by inak blokoval svetlo vo viditeľnej časti spektra. Momentálne nemáme k dispozícii žiadne zariadenie, ktoré by to dokázalo, SPIRou bude prvé. Väčšina zariadení zaznamenáva svetlo vo viditeľnej oblasti svetla do vlnových dĺžok okolo 700 nanometrov. Aby sme dokázali pozorovať a charakterizovať tieto svety, potrebujeme nahliadnuť do infračerveného spektra, medzi 780 nm až 2500 nm, čo predstavuje veľkú technologickú výzvu.

Pohľad na Mliečnu cestu nad Gemini North telescope, ktorý sa nachádza v blízkosti CFHT ďalekohľadu. Foto – S. Chastanet – CNRS/OMP

O aké technologické výzvy ide?

SPIRou bude merať spektrum v oblasti 2 až 2,5 mikrometrov. Aby dokázal zaznamenať taký široký pás spektra, potrebuje veľmi veľký detektor s rozlíšením 4K × 4K, pričom sledovať budeme zmeny radiálnej rýchlosti zodpovedajúce presnosti jednej desaťtisíciny pixla. Počas meraní preto potrebujeme zariadenie stabilizovať a ochrániť proti otrasom aj zmenám teploty. Znamená to, že celé zariadenie potrebujeme ochladiť na 80 kelvinov, teda -193,15 °C, a túto teplotu stabilizovať na tisícinu stupňa. Tento proces je kľúčový, aby sa zabránilo teplotnej roztiažnosti alebo kontrakcii materiálu. Keďže celé zariadenie SPIRou je pomerne veľké, 2 metre dlhé a 2 metre široké, kryostat zabezpečujúci nízku teplotu je tiež veľký.

Kryostat a jeho podporná konštrukcia spolu s Vladom Reshetovom, ktorý ho navrhol. Foto – CNRS/OMP

SPIRou je spektropolarimeter/velocimeter na kanadsko-francúzko-havajskom teleskope (CFHT), ktorý bol nainštalovaný toto leto a prvé technické svetlo zaznamenal v lete tohto roka. Jeho úlohou bude meranie takzvanej radiálnej rýchlosti, vďaka čomu umožní pozorovanie obývateľných exoZemí – exoplanét s veľkosťou Zeme v ich obývateľných zónach.

SPIRou sa zameria na štúdium červených trpaslíkov, okolo ktorých sa pre ich nižšiu teplotu nachádza obývateľná zóna omnoho bližšie než pri Slnku. Tvorba takýchto planét prebieha v protoplanetárnych diskoch veľmi blízko pri silnom zdroji svetla; táto poloha robí priame pozorovanie vo viditeľnom spektre viac menej nemožným. SPIRou bude preto ako prvý rádiovelocimeter na svete zaznamenávať svetlo v infračervenom spektre.

Ako dlho trvalo zostrojenie a testovanie takého technologicky náročného prístroja?

Návrh zariadenia a jeho jednotlivých komponentov trval päť rokov, ďalšie tri trvalo ich zostrojenie a pospájanie. Zariadenie sme začiatkom roka poslali na Havaj na ďalekohľad CFHT, nainštalovaný bol vo februári. Odvtedy sme zachytili prvé takzvané „technické svetlo“, zariadenie je teda teoreticky pripravené začať merať. Prvé skutočné merania sú naplánované na január 2019. Doteraz sme sa zameriavali na optimalizáciu činnosti SPIRou, na to, či tepelné pozadie neprevyšuje stanovené hodnoty, či je prístroj stabilný a či meranie radiálnej rýchlosti funguje, tak ako má. Prvé merania sa zamerajú na prvých sto červených trpaslíkov v našom najbližšom hviezdnom okolí. Pozorovať budeme samozrejme aj už známe systémy s exoplanétami, keďže sme počas meraní vo viditeľnom spektre mohli nejaké objekty prehliadnuť. Celý výskum teda teraz nie je o tom, či uvidíme nejaké ďalšie exoplanéty, ale o tom, koľko sa nám ich podarí nájsť. Očakávania sú samozrejme obrovské.

Pohľad na spektrograf SPIRou so všetkými optickými komponentmi pred inštaláciou ochranných štítov. Foto – S. Chastanet – CNRS/OMP

Ako dlho bude prebiehať jedno meranie?

Meranie pomocou nového 4K × 4K detektora trvá iba pár minút, okrem spektra meriame aj referenčné spektrum, aby sme vedeli porovnať relatívny pohyb hviezd. Takto získame 2D obrázok, z ktorého dokážeme vďaka zložitému softvéru vyčítať pohyb hviezd a informácie o objektoch, ktoré ich obiehajú. Na to sa však v rámci oblohy musíme na to isté miesto pozrieť 100- až 200-krát v priebehu niekoľkých mesiacov. Potrebujeme si totiž byť istí, že dôkladne monitorujeme pohyb hviezdy a exoplanéty obiehajúcej okolo nej, chceme zaznamenať všetky fluktuácie ich pohybov. Čím dlhšie sa SPIRou bude používať, tým budú dáta lepšie a presnejšie. S novými teleskopmi a prístrojmi je to už raz tak, počas prvých meraní sa vždy natrafí na nejaký šum, s ktorým sa počas dizajnu a testovania pôvodne nepočítalo. Počas ďalších a ďalších meraní sa preto budeme čoraz zlepšovať.

Myslíte si, že naša generácia sa dožije objavu života mimo Zeme?

Myslím si, že sa to

Tento článok je exkluzívnym obsahom pre predplatiteľov Denníka N.

Rozhovory

Teraz najčítanejšie