Astronomie

A quelle distance de Bételgeuse se trouve sa zone habitable ?

A quelle distance de Bételgeuse se trouve sa zone habitable ?

Bételgeuse est une supergéante ou hypergéante rouge de la constellation d'Orion. C'est l'une des étoiles les plus grandes et les plus brillantes vues de la Terre, et on s'attend à ce qu'elle devienne bientôt une supernova. La zone habitable, ou zone Boucle d'or, est la distance de l'étoile mère où la température permet à l'eau liquide d'exister à la surface d'une planète (au cas où la planète aurait une atmosphère d'au moins ~ 0,0061 atm (triple point d'eau)). Quelle est la distance de la zone habitable de Bételgeuse, en unités astronomiques ? À titre de comparaison, la zone habitable du Soleil est d'environ 0,7 à 1,7 unités astronomiques (autres que la Terre, Vénus et Mars sont sur ses bords).


Personne ne connaît les limites de la zone habitable du Soleil, ni à quel point elle est large ou étroite.

Voici un lien vers une liste de diverses estimations des bords intérieurs, extérieurs ou des deux de la zone habitable circumstellaire du Soleil :

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#Solar_System_estimates

Notons qu'une estimation bien connue, celle de Hart et al. en 1979, rend la zone habitable très étroite, tandis qu'une autre estimation bien connue, celle de Kasting et al en 1993, produit une zone habitable conservatrice plusieurs fois plus large que celle de Hart et une zone habitable optimiste encore plus large.

Et il existe d'autres estimations avec le bord intérieur de la zone habitable plus proche ou plus éloigné du Soleil que celui de Kasting et avec le bord extérieur de la zone habitable plus proche ou plus éloigné du Soleil que celui de Kasting.

Donc, si vous étudiez tous les articles originaux où ces limites de la zone habitable ont été proposées, vous pouvez décider lesquels sont les plus convaincants pour vous, puis utiliser la zone habitable pour le Soleil à comparer avec Bételgeuse pour déterminer la zone habitable de Bételgeuse.

En prenant la route sûre, je suppose qu'une planète devrait recevoir exactement autant de rayonnement de Bételgeuse que la Terre reçoit du Soleil pour être habitable.

Selon Wikipedia, Bételgeuse a une luminosité d'environ 126 000 fois celle du Soleil.

https://en.wikipedia.org/wiki/Betelgeuse

Étant donné que la racine carrée de 126 000 est 354,96, une planète en orbite autour de 354,96 UA de Bételgeuse devrait recevoir la même quantité de rayonnement de Bételgeuse que la Terre reçoit du Soleil et devrait donc se trouver dans la zone habitable circumstellaire de Bételgeuse, quelle que soit sa largeur ou sa largeur cette zone habitable est.

Mais Bételgeuse est une étoile variable. Sa luminosité varie entre environ 90 000 à 150 000 fois la luminosité du Soleil, de sorte que la distance de Bételgeuse où une planète recevrait exactement autant de rayonnement de Bételgeuse que la Terre reçoit du Soleil varierait entre 300 UA et 387,298 UA.

Peut-être qu'une planète pourrait orbiter Bételgeuse avec une orbite quelque peu elliptique, elle était donc la plus proche de Bételgeuse lorsque Bételgeuse était la moins lumineuse et la plus éloignée de Bételgeuse lorsque Bételgeuse était la plus lumineuse et recevait donc constamment la même quantité de rayonnement que la Terre reçoit du Soleil.

Bételgeuse est classée comme une étoile variable semi-régulière, ce qui indique qu'une certaine périodicité est perceptible dans les changements de luminosité, mais les amplitudes peuvent varier, les cycles peuvent avoir des longueurs différentes et il peut y avoir des arrêts ou des périodes d'irrégularité. Il est placé dans le sous-groupe SRc ; ce sont des supergéantes rouges pulsantes avec des amplitudes autour d'une magnitude et des périodes de dizaines à des centaines de jours.[8]

https://en.wikipedia.org/wiki/Betelgeuse#Variabilité

La nature semi-régulière de la variabilité de Bételgeuse signifie que personne ne pourrait même commencer à concevoir une orbite autour de Bételgeuse qui permettrait à une planète de recevoir constamment la même quantité de rayonnement que la Terre reçoit du Soleil.

Ainsi, les planètes de la zone habitable de Bételgeuse recevraient des quantités de rayonnement considérablement variables de Bételgeuse à mesure que l'étoile variait. On ne sait pas si cela rendrait la vie impossible sur ces planètes hypothétiques.

Je peux ajouter qu'il y a encore plus de problèmes à avoir une planète avec des conditions propices à la vie en orbite autour de Bételgeuse ; la réponse d'antispinwards en mentionne certains.

Ainsi, la probabilité qu'il y ait des formes de vie sur n'importe quelle planète en orbite autour de Bételgeuse lorsque Bételgeuse deviendra une supernova et détruira toutes ses planètes semble être très, très, très faible.

Je constate que les humains ne peuvent pas survivre dans la majorité de la biosphère de la Terre. Les humains ne peuvent pas survivre dans la plupart des endroits où d'autres formes de vie terrestres peuvent survivre.

Une discussion sur les conditions nécessaires à la survie des humains ou des êtres similaires peut être trouvée dans Planètes habitables pour l'homme Stephen H. Dole, 1964, 2007.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

Voici un lien vers une liste des étoiles et naines brunes les plus proches du Soleil, étoiles à une distance de 5 parsecs ou 16,3 années-lumière :

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_nearest_stars_and_brown_dwarfs

Il pourrait y avoir des mondes avec une sorte de vie dans certains de ces systèmes stellaires.

Et qu'arriverait-il à ces mondes hypothétiques avec des étoiles de vie en orbite à moins de 5 parsecs ou 16,3 années-lumière du Soleil si le Soleil devenait une supernova ? Le Soleil ne deviendra jamais une supernova, mais si c'était le cas, les planètes de ces étoiles proches recevraient probablement tellement de rayonnement pendant l'événement de la supernova que leurs océans et atmosphères s'évaporeraient et leurs surfaces se transformeraient en lave rouge et toute vie sur eux voudrait mourir.

Et une supernova pourrait être mortelle pour la vie sur des mondes beaucoup plus éloignés. Je ne connais pas très bien les distances auxquelles une supernova anéantirait toute vie sur une planète.

Bételgeuse devrait avoir une explosion de supernova dans moins de 100 000 ans. Pendant ce temps, de nombreuses étoiles se rapprocheront de plus en plus de Bételgeuse, puis commenceront à s'éloigner de plus en plus de Bételgeuse, car ces étoiles et Bételgeuse orbitent autour du centre de la galaxie.

Voici un lien vers une liste d'étoiles qui, selon les calculs des astronomes, sont passées à moins de 5 années-lumière de la Terre au cours des trois derniers millions d'années ou passeront à moins de 5 années-lumière de la Terre au cours des trois prochains millions d'années.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_nearest_stars_and_brown_dwarfs

Et il me semble que tout astronome extraterrestre sur une planète en orbite autour d'une étoile près de Bételgeuse serait très mécontent d'apprendre que leur étoile se rapproche de plus en plus de Bételgeuse et qu'elle n'est probablement qu'à quelques années-lumière de Bételgeuse lorsque Bételgeuse supernova.


Le concept de zone habitable ne s'applique pas vraiment à une star comme Bételgeuse. En plus d'être une supergéante très instable et variable, c'est une étoile en fuite, ce qui suggère qu'elle était autrefois membre d'un système d'étoiles multiples avec une étoile compagne qui est devenue une supernova. Sa rotation relativement rapide est difficile à expliquer via l'évolution d'une seule étoile, ce qui suggère qu'elle a subi une fusion stellaire (Wheeler et al. 2017, Chatzopoulos et al. 2020). Ces événements ne sont pas de bon augure pour la survie des planètes en orbite, même si des planètes pourraient se former dans l'environnement autour du système ancêtre contenant plusieurs étoiles précoces de type B ou O. Toutes les planètes terrestres seraient au mieux encore au stade océanique de magma et n'auraient pas le temps de se refroidir avant que Bételgeuse elle-même ne subisse une supernova.

L'environnement de Bételgeuse est fortement affecté par la variabilité stellaire et les éruptions de quantités substantielles de matière de l'étoile elle-même, créant un environnement éolien qui affecterait fortement l'habitabilité (par exemple via l'érosion atmosphérique) même si vous avez créé le bon type de planète une distance vaguement appropriée.


Les zones habitables, définies en termes de température d'équilibre, s'échelonnent avec la racine carrée de la luminosité de l'étoile. Donc quelles que soient les limites de la zone habitable $[a_{intérieur},a_{extérieur}]$ sont pour le Soleil, pour une autre étoile une bonne estimation de départ est $sqrt{L/L_odot}$ fois ces limites*.

Pour Bételgeuse, le modèle simple de racine carrée donne une zone habitable variable dans le temps 300 à 387 fois plus loin. Une planète pourrait y rester, en supposant une largeur similaire à la zone habitable de la question agrandie par ce facteur.

Comme les autres réponses le soulignent à juste titre, il y a beaucoup raisons pour lesquelles Bételgeuse n'a probablement pas de mondes habitables autour d'elle, mais ces raisons sont (à l'exception de la variabilité) sans rapport avec sa luminosité. Le problème de la définition réelle de la zone habitable (même dans le système solaire) est que d'autres propriétés planétaires comme la composition atmosphérique, la surface de l'eau, la pression, la rotation, etc. peuvent l'affecter de manière non triviale : les limites ne sont pas exactes. Pour compliquer davantage les choses, on pourrait exiger qu'une planète reste dans la zone " assez longtemps " pour développer la vie, ce qui nécessite que l'évolution stellaire ne déplace pas la zone au-delà de la planète sur la période de temps appropriée (inconnue).

[* Pourquoi la relation racine carrée ? Une planète à distance $a$ reçoit $P_{in}=(pi r^2)( L / 4pi a^2)=r^2L/4a^2 $ Watt de lumière des étoiles. Émettant comme un corps noir, il rayonne $P_{out}=4pi r^2 sigma T^4$ Watt. Depuis $P_{in}=P_{out}$ on a $a^2=L/16pi sigma T^4$, ou alors $apropto sqrt{L}$ pour une température habitable fixe $T$. Évidemment, cela est compliqué par le chauffage des serres, pour commencer.]


Contrôle de plausibilité des planètes habitables autour des géantes rouges

Alors que les planètes en orbite autour d'étoiles jumelles sont un incontournable de la science-fiction, une autre consiste à faire vivre des humains sur des planètes en orbite autour d'étoiles géantes rouges. La majorité de l'histoire de Planète des singes se déroule sur une planète autour de Bételgeuse. Planètes autour d'Arcturus dans les années Isaac Asimov Fondation séries constituent la capitale de son secteur Sirius. La planète natale de Superman serait en orbite autour de la géante rouge fictive, Rao. Les races sur ces planètes sont souvent décrites comme étant vieilles et sages puisque leurs étoiles sont âgées et approchant de la fin de leur vie. Mais est-il vraiment plausible d'avoir de telles planètes ?

Les étoiles ne durent pas éternellement. Notre propre Soleil a une date d'expiration dans environ 5 milliards d'années. À ce moment-là, la quantité de carburant hydrogène dans le cœur du Soleil sera épuisée. Actuellement, la fusion de cet hydrogène en hélium crée une pression qui empêche l'étoile de s'effondrer sur elle-même en raison de la gravité. Mais, lorsqu'il sera épuisé, ce mécanisme de soutien aura disparu et le Soleil commencera à rétrécir. Ce rétrécissement provoque le réchauffement de l'étoile, augmentant la température jusqu'à ce qu'une enveloppe d'hydrogène autour du noyau maintenant épuisé devienne suffisamment chaude pour reprendre le travail du noyau et commence à fusionner l'hydrogène en hélium. Cette nouvelle source d'énergie repousse les couches externes de l'étoile, la faisant gonfler des milliers de fois sa taille précédente. Pendant ce temps, la température plus élevée pour allumer cette forme de fusion signifiera que l'étoile émettra 1 000 à 10 000 fois plus de lumière dans l'ensemble, mais puisque cette énergie est répartie sur une si grande surface, l'étoile apparaîtra rouge, d'où le Nom.

C'est donc une géante rouge : une étoile mourante qui est gonflée et très brillante.

Maintenant, regardons l'autre moitié de l'équation, à savoir, qu'est-ce qui détermine l'habitabilité d'une planète ? Étant donné que ces histoires de science-fiction ont inévitablement des humains qui se promènent à la surface, il faudra suivre des critères assez stricts.

Tout d'abord, la température ne doit être ni trop chaude ni trop froide. Autrement dit, la planète doit se trouver dans la zone Habitable aussi appelée « zone Boucle d'Or ». Il s'agit généralement d'une assez bonne bande de biens immobiliers célestes. Dans notre propre système solaire, il s'étend à peu près de l'orbite de Vénus à l'orbite de Mars. Mais ce qui rend Mars et Vénus inhospitaliers et la Terre relativement confortable, c'est notre atmosphère. Contrairement à Mars, il est suffisamment épais pour conserver une grande partie de la chaleur que nous recevons du soleil, mais pas trop comme Vénus.

Ce diagramme montre les distances des planètes du système solaire (rangée supérieure) et du système Gliese 581 (rangée inférieure), de leurs étoiles respectives (gauche). La zone habitable est indiquée comme la zone bleue, montrant que Gliese 581 d est situé à l'intérieur de la zone habitable autour de son étoile rouge de faible masse. D'après un schéma de Franck Selsis, Univ. de Bordeaux. Crédit : ESO

L'atmosphère est cruciale à d'autres égards aussi. De toute évidence, c'est ce que les explorateurs intrépides vont respirer. S'il y a trop de CO2, cela va non seulement emprisonner trop de chaleur, mais rendre la respiration difficile. Aussi, le CO2 ne bloque pas la lumière UV du soleil et les taux de cancer augmenteraient. Nous avons donc besoin d'une atmosphère riche en oxygène, mais pas trop riche en oxygène, sinon il n'y aura pas assez de gaz à effet de serre pour garder la planète au chaud.

Le problème ici est que les atmosphères riches en oxygène n'existent tout simplement pas sans assistance. L'oxygène est en fait très réactif. Il aime créer des liens, le rendant indisponible pour être libre dans l'atmosphère comme nous le souhaitons. Il forme des choses comme H2O, CO2, oxydes, etc. C'est pourquoi Mars et Vénus n'ont pratiquement pas d'oxygène libre dans leur atmosphère. Le peu qu'ils font vient de la lumière UV frappant l'atmosphère et provoquant la dissociation des formes liées, libérant temporairement l'oxygène.

La Terre n'a autant d'oxygène libre que grâce à la photosynthèse. Cela nous donne un autre critère dont nous aurons besoin pour déterminer l'habitabilité : la capacité à produire la photosynthèse.

Alors commençons à tout assembler.

Premièrement, l'évolution de l'étoile lorsqu'elle quitte la séquence principale, gonflant à mesure qu'elle devient une géante rouge et devenant de plus en plus lumineuse et plus chaude signifiera que la "zone Boucle d'or" va balayer vers l'extérieur. Les planètes qui étaient autrefois habitables comme la Terre seront grillées si elles ne sont pas entièrement avalées par le Soleil au fur et à mesure de sa croissance. Au lieu de cela, la zone habitable sera plus éloignée, plus là où se trouve actuellement Jupiter.

Cependant, même si une planète se trouvait dans cette nouvelle zone habitable, cela ne signifie pas qu'elle est habitable à condition qu'elle ait également une atmosphère riche en oxygène. Pour cela, nous devons convertir l'atmosphère d'une atmosphère pauvre en oxygène en une atmosphère riche en oxygène via la photosynthèse.

La question est donc de savoir à quelle vitesse cela peut-il se produire ? Trop lent et la zone habitable a peut-être déjà été balayée ou l'étoile a peut-être manqué d'hydrogène dans la coquille et a recommencé à se contracter pour déclencher la fusion de l'hélium dans le noyau, gelant à nouveau la planète.

Le seul exemple que nous ayons à ce jour est sur notre propre planète. Pendant les trois premiers milliards d'années de la vie, il y avait peu d'oxygène libre jusqu'à ce que des organismes photosynthétiques apparaissent et commencent à le convertir à des niveaux proches de ceux d'aujourd'hui. Cependant, ce processus a pris plusieurs centaines de millions d'années. Bien que cela puisse probablement être augmenté d'un ordre de grandeur à des dizaines de millions d'années avec des bactéries génétiquement modifiées ensemencées sur la planète, nous devons toujours nous assurer que les échelles de temps fonctionneront.

Il s'avère que les échelles de temps seront différentes pour différentes masses d'étoiles. Les étoiles plus massives brûlent leur combustible plus rapidement et seront donc plus courtes. Pour des étoiles comme le Soleil, la phase de géante rouge peut durer environ 1,5 milliard d'années, donc

100 fois plus longtemps que nécessaire pour développer une atmosphère riche en oxygène. Pour les étoiles deux fois plus massives que le Soleil, cette échelle de temps tombe à seulement 40 millions d'années, approchant la limite inférieure de ce dont nous aurons besoin. Les étoiles plus massives évolueront encore plus rapidement. Donc, pour que cela soit plausible, nous aurons besoin d'étoiles de plus faible masse qui évoluent plus lentement. Une limite supérieure approximative ici serait une étoile à deux masses solaires.

Cependant, il y a un autre effet dont nous devons nous inquiéter : pouvons-nous avoir assez de CO2 dans l'atmosphère pour avoir même la photosynthèse ? Bien qu'il ne soit pas aussi réactif que l'oxygène, le dioxyde de carbone est également susceptible d'être éliminé de l'atmosphère. Cela est dû à des effets tels que l'altération des silicates tels que le CO2 + CaSiO3 –> CaCO3 + SiO2. Bien que ces effets soient lents, ils s'accumulent avec les échelles de temps géologiques. Cela signifie que nous ne pouvons pas avoir de vieilles planètes car elles auraient eu tout leur CO gratuit2 enfermé dans la surface. Cet équilibre a été exploré dans un article publié en 2009 et a déterminé que, pour une planète de masse terrestre, le CO libre2 serait épuisé bien avant que l'étoile mère n'atteigne même la phase de géante rouge !

Nous devons donc avoir des étoiles de faible masse qui évoluent lentement pour avoir suffisamment de temps pour développer la bonne atmosphère, mais si elles évoluent aussi lentement, alors il n'y a pas assez de CO2 reste à avoir l'ambiance quand même ! Nous sommes coincés avec un vrai Catch 22. La seule façon de rendre cela possible à nouveau est de trouver un moyen d'introduire des quantités suffisantes de nouveau CO2 dans l'atmosphère au moment où la zone habitable commence à défiler.

Heureusement, il existe des référentiels assez volumineux de CO2 juste en train de voler ! Les comètes sont principalement composées de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone gelés. En écraser quelques-uns sur une planète introduirait suffisamment de CO2 pour potentiellement démarrer la photosynthèse (une fois la poussière retombée). Faites cela quelques centaines de milliers d'années avant que la planète n'entre dans la zone habitable, attendez dix millions d'années, et alors la planète pourrait potentiellement être habitable jusqu'à un milliard d'années supplémentaires.

En fin de compte, ce scénario serait plausible, mais pas exactement un bon investissement personnel puisque vous serez mort bien avant de pouvoir en récolter les bénéfices. Une stratégie à long terme pour la survie d'une espèce spatiale peut-être, mais pas une solution miracle pour abattre des colonies et des avant-postes.

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Idées, inventions et innovations

La Terre est toujours en sécurité car il faudra peut-être encore 100 000 ans avant que l'étoile ne meure dans une explosion de supernova enflammée, selon une nouvelle étude réalisée par une équipe internationale de chercheurs, dont un astronome hongrois.

Bételgeuse est l'une des étoiles les plus reconnaissables du ciel d'hiver, marquant l'épaule gauche de la constellation d'Orion. Une équipe internationale de scientifiques, dont László Molnár, astronome au Centre de recherche en astronomie et sciences de la Terre (CSFK) du réseau de recherche Eötvös Loránd, a examiné de plus près cet objet céleste intrigant. Leurs travaux, publiés dans The Astrophysical Journal, montrent qu'elle est à la fois plus petite et plus proche de la Terre qu'on ne le pensait auparavant.

La surface de Bételgeuse, comme on le voit sur les images directes du Very Large Telescope de l'ESO. L'image de janvier 2019 montre de grandes parties de l'étoile fanées, ce qui pourrait indiquer qu'un nuage de poussière apparaît devant l'étoile.

Crédit : ESO/M. Montargès et al.

La supergéante rouge vif a longtemps fasciné les scientifiques. Mais dernièrement, il se comporte étrangement. "C'est normalement l'une des étoiles les plus brillantes du ciel, mais nous avons observé deux baisses de la luminosité de Bételgeuse depuis fin 2019, le Dr Meridith Joyce de l'Université nationale australienne (ANU), chef de l'étude , et visiteur fréquent de l'observatoire Konkoly du CSFK, a déclaré. “Cela a suscité des spéculations selon lesquelles il pourrait être sur le point d'exploser. Mais notre étude propose une explication différente. Nous savons maintenant que le premier événement de gradation impliquait un nuage de poussière. Nous avons découvert que le deuxième événement plus petit était probablement dû aux pulsations de l'étoile.

Les chercheurs ont pu utiliser la modélisation évolutive, hydrodynamique et sismique pour en savoir plus sur la physique à l'origine de ces pulsations et avoir une idée plus précise de la phase de sa vie dans laquelle se trouve Bételgeuse. Selon le co-auteur Dr Shing-Chi Leung de L'analyse de l'Université de Tokyo a confirmé que les ondes de pression, essentiellement, les ondes sonores étaient la cause de la pulsation de Bételgeuse.

Fig 1 : Variations récentes de luminosité de Bételgeuse. La pulsation stellaire fait varier la luminosité de l'étoile, mais la forte baisse de luminosité au début de 2020 est sans précédent. Une comparaison d'images directes de la surface de Bételgeuse entre janvier 2019 et décembre 2019 montre que de larges portions de l'étoile se sont évanouies en décembre 2019, ce qui pourrait indiquer un nuage de poussière apparaissant devant elle. Les images ont été prises par le Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral (ESO). (Crédit : ESO/M. Montargès et al.) Pour les données de luminosité, voir la légende de la figure 2.

Bételgeuse est normalement l'une des étoiles les plus brillantes et les plus reconnaissables du ciel d'hiver, marquant l'épaule gauche de la constellation d'Orion. Mais dernièrement, il s'est comporté étrangement : une baisse sans précédent de sa luminosité a été observée au début de 2020 (Figure 1), ce qui a suscité des spéculations selon lesquelles Bételgeuse pourrait être sur le point d'exploser.

Pour en savoir plus, une équipe internationale de scientifiques, dont Ken'ichi Nomoto du Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), a mené un examen rigoureux de Bételgeuse. Ils ont conclu que l'étoile est dans la première phase de combustion de l'hélium du noyau (qui est plus de 100 000 ans avant qu'une explosion ne se produise) et a une masse et un rayon plus petits et est plus proche de la Terre qu'on ne le pensait auparavant. Ils ont également montré que de plus petites variations de luminosité de Bételgeuse ont été entraînées par des pulsations stellaires, et ont suggéré que le récent grand événement de gradation impliquait un nuage de poussière.

L'équipe de recherche est dirigée par le Dr Meridith Joyce de l'Université nationale australienne (ANU), qui était un conférencier invité à Kavli IPMU en janvier 2020, et comprend le Dr Shing-Chi Leung, un ancien chercheur du projet Kavli IPMU et actuellement postdoctorant. chercheur au California Institute of Technology, et le Dr Chiaki Kobayashi, professeur agrégé à l'Université de Hertfordshire, qui a été membre affilié de Kavli IPMU.

Fig 2 : Variation de la luminosité de Bételgeuse au cours des 15 dernières années. Les lacunes dans les données sont des périodes où Bételgeuse n'est pas visible dans le ciel nocturne chaque année. Les données de luminosité ont été recueillies par les observateurs de l'American Association of Variable Star Observers (AAVSO) et l'instrument Solar Mass-Ejection Imager dans l'espace. Les données de ce dernier ont été traitées par László Molnár de l'Observatoire Konkoly du CSFK à Budapest, en Hongrie.

Crédit : L. Molnár, AAVSO, UCSD/SMEI, NA-SA/STEREO/HI

L'équipe a analysé la variation de luminosité de Bételgeuse (Figure 2) en utilisant une modélisation évolutive, hydrodynamique et sismique. Ils ont réalisé une idée plus claire qu'avant que Bételgeuse brûle actuellement de l'hélium dans son noyau. Ils ont également montré que les pulsations stellaires entraînées par le soi-disant mécanisme kappa font que l'étoile s'éclaircit ou s'estompe continuellement avec deux périodes de 185 (䔱.5) jours et d'environ 400 jours. Mais la forte baisse de luminosité au début de 2020 est sans précédent et est probablement due à un nuage de poussière devant Bételgeuse, comme le montre l'image (Figure 1).

Leur analyse a rapporté une masse actuelle de 16,5 à 19 masses solaires, ce qui est légèrement inférieur aux estimations les plus récentes. L'étude a également révélé la taille de Bételgeuse, ainsi que sa distance par rapport à la Terre. La taille réelle de l'étoile a été un peu un mystère : des études antérieures, par exemple, ont suggéré qu'elle pourrait être plus grande que l'orbite de Jupiter. Cependant, les résultats de l'équipe ont montré que Bételgeuse ne s'étendait que sur les deux tiers de celle-ci, avec un rayon 750 fois supérieur au rayon du soleil. Une fois la taille physique de l'étoile connue, il sera possible de déterminer sa distance à la Terre. Jusqu'à présent, les résultats de l'équipe montrent qu'elle n'est qu'à 530 années-lumière de nous, soit 25 % plus près qu'on ne le pensait auparavant.

Leurs résultats impliquent que Bételgeuse n'est pas du tout sur le point d'exploser et qu'elle est trop loin de la Terre pour que l'explosion éventuelle ait un impact significatif ici, même si c'est toujours un gros problème lorsqu'une supernova se déclenche. Et comme Bételgeuse est le candidat le plus proche pour une telle explosion, cela nous donne une occasion rare d'étudier ce qui arrive aux étoiles comme celle-ci avant qu'elles n'explosent.

Contacts et sources :
Ken'ichi Nomoto / John Amari
Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers, Université de Tokyo
Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers (Kavli IPMU)

Publication : Journal : The Astrophysical Journal

Titre : Debout sur les épaules des géants : nouvelles estimations de masse et de distance pour Bételgeuse grâce à des simulations évolutives, astérosismiques et hydrodynamiques combinées avec MESA

Auteurs : Meridith Joyce (1,2), Shing-Chi Leung (3), László Molnár (4, 5, 6), Michael Ireland (1), Chiaki Kobayashi (2, 7, 8), Ken'ichi Nomoto (8 )

Affiliation de l'auteur :
1. École de recherche en astronomie et astrophysique, Université nationale australienne (ANU), Canberra, ACT 2611, Australie
2. Centre d'excellence de l'ARC pour l'astrophysique du ciel en 3 dimensions (ASTRO 3D), Australie
3. TAPIR, Walter Burke Institute for Theoretical Physics, Mailcode 350-17, Caltech, Pasadena, CA 91125, États-Unis
4. Observatoire Konkoly, Centre de recherche pour l'astronomie et les sciences de la Terre (CSFK), Konkoly-Thege út 15-17, H-1121 Budapest, Hongrie
5. MTA CSFK Lendulet Near-Field Cosmology Research Group, Konkoly-Thege út 15-17, H-1121 Budapest, Hongrie
6. ELTE Eotvs Loránd University, Institut de physique, Budapest, 1117, Páz mány Péter sétány 1 / A, Hongrie
7. Centre de recherche en astrophysique, Département de physique, d'astronomie et de mathématiques, Université du Hertfordshire, College Lane, Hatfield AL10 9AB, Royaume-Uni
8. Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, The University of Tokyo, Kashiwa, Chiba 277-8583, Japon


Combien y a-t-il de planètes habitables ?

Grâce à de nouvelles recherches utilisant les données du télescope spatial Kepler, on estime qu'il pourrait y avoir jusqu'à 300 millions de planètes potentiellement habitables dans notre galaxie. Certains pourraient même être assez proches, plusieurs étant probablement à moins de 30 années-lumière de notre Soleil. Les conclusions seront publiées dans Le journal astronomique, et la recherche était une collaboration de scientifiques de la NASA, du SETI Institute et d'autres organisations du monde entier.

"C'est la première fois que toutes les pièces sont assemblées pour fournir une mesure fiable du nombre de planètes potentiellement habitables dans la galaxie", a déclaré le co-auteur Jeff Coughlin, chercheur sur les exoplanètes à l'Institut SETI et directeur de Kepler's. Bureau des sciences. "Il s'agit d'un terme clé de l'équation de Drake, utilisée pour estimer le nombre de civilisations communicables – nous sommes un pas de plus sur le long chemin pour découvrir si nous sommes seuls dans le cosmos."

L'équation de Drake est un argument probabiliste qui détaille les facteurs à prendre en compte lors de l'estimation du nombre potentiel de civilisations technologiquement avancées dans la galaxie qui pourraient être détectées. L'équation de Drake est également souvent considérée comme une feuille de route pour l'astrobiologie et guide une grande partie de la recherche à l'Institut SETI.

Pour développer une estimation raisonnable, les chercheurs ont examiné des exoplanètes de taille similaire à la Terre et donc très probablement des planètes rocheuses. Ils ont également examiné les étoiles dites semblables au Soleil, à peu près du même âge que notre Soleil et à peu près à la même température. Une autre considération pour l'habitabilité est de savoir si la planète pourrait avoir les conditions nécessaires pour supporter l'eau liquide.

Une illustration représentant l'héritage du télescope spatial Kepler de la NASA. Après neuf ans passés dans l'espace lointain à collecter des données qui ont révélé que notre ciel nocturne était rempli de milliards de planètes cachées – plus de planètes que d'étoiles – le télescope spatial Kepler de la NASA a manqué de carburant nécessaire pour d'autres opérations scientifiques en 2018. Crédit : NASA/Ames Research Centre/O. Stenzel/D. Rutter. Source : Une nouvelle vision de notre nuit étoilée

Les estimations précédentes sur la détermination du nombre d'exoplanètes potentiellement habitables dans notre galaxie étaient fortement basées sur la distance de la planète à son étoile. Cette nouvelle recherche considère également la quantité de lumière qui frappe la planète depuis son étoile, ce qui aurait un impact sur la probabilité que la planète puisse supporter de l'eau liquide. Pour ce faire, l'équipe a examiné non seulement les données de Kepler, mais également les données de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne sur la quantité d'énergie émise par l'étoile de la planète.

En prenant en compte à la fois les données de Kepler et de Gaia, les résultats reflètent mieux la diversité des étoiles, des systèmes solaires et des exoplanètes de notre galaxie.

"Connaître à quel point les différents types de planètes sont communs est extrêmement précieux pour la conception des prochaines missions de recherche d'exoplanètes", a déclaré la co-auteure Michelle Kunimoto, qui a travaillé sur cet article après avoir terminé son doctorat sur les taux d'occurrence d'exoplanètes à l'Université de la Colombie-Britannique, et a récemment rejoint l'équipe Transiting Exoplanet Survey Satellite, ou TESS, du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge, Massachusetts. "Les enquêtes visant de petites planètes potentiellement habitables autour d'étoiles semblables au Soleil dépendront de tels résultats pour maximiser leurs chances de succès."

Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour comprendre le rôle de l'atmosphère d'une planète sur sa capacité à supporter de l'eau liquide. Dans cette analyse, les chercheurs ont utilisé une estimation prudente de l'effet de l'atmosphère pour estimer l'occurrence d'étoiles semblables au Soleil avec des planètes rocheuses qui pourraient avoir de l'eau liquide.

La mission Kepler, qui a officiellement cessé de collecter des données en 2018, a identifié plus de 2 800 exoplanètes confirmées, avec plusieurs milliers de candidats supplémentaires en attente de confirmation. Jusqu'à présent, les chercheurs ont identifié plusieurs centaines de planètes dans la zone habitable de leur étoile dans les données de Kepler. Cela peut prendre un certain temps pour trouver les 300 millions !


Zones habitables

Vue d'artiste de la zone habitable (anneau vert) autour de 55 Cancri, une étoile connue pour avoir une grande planète en orbite dans cette région à température appropriée où l'eau pourrait être liquide. Crédit : NASA/JPL-Caltech

(PhysOrg.com) -- La "zone habitable" est la région autour d'une étoile où une planète appropriée pourrait maintenir les conditions nécessaires à la vie. La plupart des astronomes considèrent que c'est la région où l'équilibre entre le rayonnement stellaire sur la planète et le refroidissement radiatif de la planète permet à l'eau à la surface d'être liquide. Cette définition suppose également que la planète a une atmosphère et une surface solide. Dans notre système solaire, la Terre est confortablement située au milieu de la zone habitable qui, selon les modèles, s'étend approximativement de Vénus à Mars.

Le satellite Kepler a récemment annoncé la détection de 1235 candidats planétaires autour d'autres étoiles. Combien de ces exoplanètes se trouvent dans leurs zones habitables et pourraient (au moins dans cette mesure) être des hôtes appropriés pour la vie ? L'article original de Kepler concluait que cinquante-quatre étaient dans leurs zones habitables.

Les astronomes du CfA Lisa Kaltenegger (maintenant à l'Institut Max Planck d'astronomie) et Dimitar Sasselov ont exploré plus en détail les conditions nécessaires pour qu'une planète se trouve dans sa zone habitable. Ils prennent en compte plus attentivement cinq facteurs : le flux stellaire incident et son caractère spectral, l'excentricité de la planète (comment sa distance à l'étoile diffère au cours de son orbite), la réflectivité de la planète incluant les effets de la couverture nuageuse partielle, la concentration de gaz à effet de serre, et enfin, quelques détails sur l'atmosphère de la planète.

Avec quelques hypothèses raisonnables, les scientifiques constatent que, dans le cas du système solaire, la zone habitable s'étend de l'orbite de Vénus bien au-delà de l'orbite de Mars (presque jusqu'au bord intérieur de la ceinture principale d'astéroïdes). When they apply their models to the 1235 candidates in the current Kepler catalog they find that the original estimate of fifty-four planets was far too high.

A more accurate estimate finds that only six of the Kepler exoplanetary candidates could be in a habitable zone, assuming that they have atmospheres. The results are another important step in refining the search for Earth-like planets (not just Earth-sized planets) around other stars.


Famous Red Star Betelgeuse is Spinning Faster than Expected May Have Swallowed a Companion 100,000 Years Ago

AUSTIN — Astronomer J. Craig Wheeler of The University of Texas at Austin thinks that Betelgeuse, the bright red star marking the shoulder of Orion, the hunter, may have had a past that is more interesting than meets the eye. Working with an international group of undergraduate students, Wheeler has found evidence that the red supergiant star may have been born with a companion star, and later swallowed that star. The research is published today in the journal Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

For such a well-known star, Betelgeuse is mysterious. Astronomers know that it’s a red supergiant, a massive star that is nearing the end of its life and so has bloated up to many times its original size. Someday it will explode as a supernova, but no one knows when.

“It might be ten thousand years from now, or it might be tomorrow night,” Wheeler, a supernova expert, said.

A new clue to the future of Betelgeuse involves its rotation. When a star inflates to become a supergiant, its rotation should slow down. “It’s like the classic spinning ice skater — not bringing her arms in, but opening her arms up,” Wheeler said. As the skater opens her arms, she slows down. So, too, should Betelgeuse’s rotation have slowed as the star expanded. But that is not what Wheeler’s team found.

“We cannot account for the rotation of Betelgeuse,” Wheeler said. “It’s spinning 150 times faster than any plausible single star just rotating and doing its thing.”

He directed a team of undergraduates including Sarafina Nance, Manuel Diaz, and James Sullivan of The University of Texas at Austin, as well as visiting students from China and Greece, to study Betelgeuse with a computer modeling program called MESA. The students used MESA to model Betelgeuse’s rotation for the first time.

Wheeler said in contemplating the star’s puzzlingly fast rotation, he began to speculate. “Suppose Betelgeuse had a companion when it was first born? And let’s just suppose it is orbiting around Betelgeuse at an orbit about the size that Betelgeuse is now. And then Betelgeuse turns into a red supergiant and absorbs it — swallows it.”

He explained that the companion star, once swallowed, would transfer the angular momentum of its orbit around Betelgeuse to that star’s outer envelope , speeding Betelgeuse’s rotation.

Wheeler estimates that the companion star would have had about the same mass as the Sun, in order to account for Betelgeuse’s current spin rate of 15 km/sec.

While an interesting idea, is there any evidence for this swallowed-companion theory? In a word: perhaps.

If Betelgeuse did swallow a companion star, it’s likely that the interaction between the two would cause the supergiant to shoot some matter out into space, Wheeler said.

Knowing how fast matter comes off of a red giant star, about 10 km/sec, Wheeler said he was able to roughly estimate how far from Betelgeuse this matter should be today.

“And then I went to the literature, in my naiveté, and read about Betelgeuse, and it turns out there’s a shell of matter sitting beyond Betelgeuse only a little closer than what I had guessed,” Wheeler said.

Infrared images taken of Betelgeuse in 2012 by Leen Decin of the University of Leuven in Belgium with the orbiting Herschel telescope show two shells of interacting matter on one side of Betelgeuse. Various interpretations exist some say that this matter is a bow shock created as Betelgeuse’s atmosphere pushes through the interstellar medium as it races through the galaxy.

No one knows the origin with certainty. But “the fact is,” Wheeler said, “there is evidence that Betelgeuse had some kind of commotion on roughly this timescale” — that is, 100,000 years ago when the star expanded into a red supergiant.

The swallowed companion theory could explain both Betelgeuse’s rapid rotation and this nearby matter.

Wheeler and his team of students are continuing their investigations into this enigmatic star. Next, he says, they hope to probe Betelgeuse using a technique called “asteroseismology” — looking for sound waves impacting the surface of the star, to get clues to what’s happening deep inside its obscuring cocoon. They will also use the MESA code to better understand what would happen if Betelgeuse ate a companion star.

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Dr. J. Craig Wheeler, Samuel T. and Fern Yanagisawa Regents Professor
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Betelgeuse is Heading for a Collision

Multiple arcs are revealed around Betelgeuse, the nearest red supergiant star to Earth, in this new image from ESA’s Herschel space observatory. The star and its arc-shaped shields could collide with an intriguing dusty ‘wall’ in 5000 years.

Composite color image of Betelgeuse. North is to the top left, east is to the bottom left, and the image is about 25 arcminutes across. The star ( center ) is surrounded by a clumpy envelope of material in its immediate vicinity. A series of arcs 6–7 arcminutes to the left of the star is material ejected from Betelgeuse as it evolved into a red supergiant star, shaped by its bow shock interaction with the interstellar medium. A faint linear bar of dust is illuminated at a distance of 9 arcminutes and may represent a dusty filament connected to the local Galactic magnetic field or the edge of an interstellar cloud. If so, then Betelgeuse’s motion across the sky implies that the arcs will hit the wall in 5000 years time, with the star colliding with the wall 12 500 years later. Image Credit: ESA/Herschel/PACS/L. Decin et al

Betelgeuse rides on the shoulder of the constellation Orion the Hunter. It can easily be seen with the naked eye in the northern hemisphere winter night sky as the orange–red star above and to the left of Orion’s famous three-star belt.

Roughly 1000 times the diameter of our Sun and shining 100,000 times more brightly, Betelgeuse’s impressive statistics come with a cost. For this star is likely on its way to a spectacular supernova explosion, having already swelled into a red supergiant and shed a significant fraction of its outer layers.

The new far-infrared view from Herschel shows how the star’s winds are crashing against the surrounding interstellar medium, creating a bow shock as the star moves through space at speeds of around 30 km/s.

A series of broken, dusty arcs ahead of the star’s direction of motion testify to a turbulent history of mass loss.

Closer to the star itself, an inner envelope of material shows a pronounced asymmetric structure. Large convective cells in the star’s outer atmosphere have likely resulted in localised, clumpy ejections of dusty debris at different stages in the past.

An intriguing linear structure is also seen further away from the star, beyond the dusty arcs. While some earlier theories proposed that this bar was a result of material ejected during a previous stage of stellar evolution, analysis of the new image suggests that it is either a linear filament linked to the Galaxy’s magnetic field, or the edge of a nearby interstellar cloud that is being illuminated by Betelgeuse.

If the bar is a completely separate object, then taking into account the motion of Betelgeuse and its arcs and the separation between them and the bar, the outermost arc will collide with the bar in just 5000 years, with the red supergiant itself hitting the bar roughly 12,500 years later.


In the zone: How scientists search for habitable planets

This artist's concept shows a Super Venus planet on the left, and a Super Earth on the right. Researchers use a concept known as the habitable zone to distinguish between these two types of planets, which exist beyond our solar system. Credit: NASA/JPL-Caltech/Ames

There is only one planet we know of, so far, that is drenched with life. That planet is Earth, as you may have guessed, and it has all the right conditions for critters to thrive on its surface. Do other planets beyond our solar system, called exoplanets, also host life forms?

Astronomers still don't know the answer, but they search for potentially habitable planets using a handful of criteria. Ideally, they want to find planets just like Earth, since we know without a doubt that life took root here. The hunt is on for planets about the size of Earth that orbit at just the right distance from their star - in a region termed the habitable zone.

NASA's Kepler mission is helping scientists in the quest to find these worlds, sometimes called Goldilocks planets after the fairy tale because they orbit where conditions are "just right" for life. Kepler and other telescopes have confirmed a handful so far, all of which are a bit larger than Earth—the Super Earths. The search for Earth's twin, a habitable-zone planet as small as Earth, is ongoing.

An important part of this research is the continuing investigation into exactly where a star's habitable zone starts and stops.

The habitable zone is the belt around a star where temperatures are ideal for liquid water—an essential ingredient for life as we know it—to pool on a planet's surface. Earth lies within the habitable zone of our star, the sun. Beyond this zone, a planet would probably be too cold and frozen for life (though it's possible life could be buried underneath a moon's surface). A planet lying between a star and the habitable zone would likely be too hot and steamy.

That perfect Goldilocks planet within the zone wouldn't necessarily be home to any furry creatures. But it would have the potential for some type of life to abound, if even microbes.

In one new study, researchers based at NASA's Exoplanet Science Institute at the California Institute of Technology, in Pasadena, Calif., carefully analyzed the location of both a planet called Kepler-69c and its habitable zone. Their analysis shows that this planet, which is 1.7 times the size of Earth, lies just outside the inner edge of the zone, making it more of a Super Venus than a Super Earth, as previous estimates indicated.

"On the way to finding Earths, Kepler is telling us a lot about the frequency of Venus-like planets in our galaxy," said Stephen Kane, lead author of the new paper on Kepler-69c appearing in the Astrophysical Journal Letters.

To determine the location of a star's habitable zone, one must first learn how much total radiation it emits. Stars more massive than our sun are hotter, and blaze with radiation, so their habitable zones are farther out. Similarly, stars that are smaller and cooler sport tighter belts of habitability than our sun. For example, the Super Earth planet called Kepler-62f, discovered by Kepler to orbit in the middle of a habitable zone around a cool star, orbits closer to its star than Earth. The planet takes just 267 days to complete an orbit, as compared to 365 days for Earth.

Knowing precisely how far away a habitable zone needs to be from a star also depends on chemistry. For example, molecules in a planet's atmosphere will absorb a certain amount of energy from starlight and radiate the rest back out. How much of this energy is trapped can mean the difference between a turquoise sea and erupting volcanoes.

Researchers led by Ravi kumar Kopparapu of Penn State University, University Park, Pa., used this type of chemical information to nudge the habitable zone out a bit farther than previously thought. The team's 2013 Astrophysical Journal study is the current gold standard in determining how a star's total radiation output relates to the location of its habitable zone. Kane and his colleagues used this information to fine-tune the boundaries of Kepler-69c's habitable zone, in addition to careful measurements of the star's total energy output and the orbit of the planet.

"Understanding the properties of the star is critical to determining planetary properties and calculating the extent of the habitable zone in that system," said Kane.

But before you purchase real estate in a habitable zone, keep in mind there are other factors that dictate whether a world develops lush greenery and beaches. Eruptions from the surfaces of stars called flares, for example, can wreak havoc on planets.

"There are a lot of unanswered questions about habitability," said Lucianne Walkowicz, a Kepler science team member based at Princeton University, N.J., who studies flaring stars. "If the planet gets zapped with radiation all the time by flares from its parent star, the surface might not be a very pleasant place to live. But on the other hand, if there's liquid water around, that makes a really good shield from high-energy radiation, so maybe life could thrive in the oceans."

Flares can also scrape off the atmospheres of planets, complicating the picture further. This is particularly true for the smaller, cooler stars, which tend to be more hyperactive than stars like our sun.

Ideally, astronomers would like to know more about the atmosphere of potentially habitable planets. That way they could look at the planet's molecular makeup for signs of runaway greenhouse gases that could indicate an inhospitable Venus-like planet. Or, future space telescopes might even be able to pick up signatures of oxygen, water, carbon dioxide and methane—indicators that the planet might be somebody's home.

NASA's upcoming James Webb Space Telescope will bring us closer to this goal, by probing the atmospheres of planets, some of which may lie in habitable zones. The mission won't be able to examine the atmospheres of planets as small as Earth, so we'll have to wait for another future telescope to separate out the Venuses from the Earths.


Astronomers Have Discovered a New Potentially Habitable Exoplanet and It's the Nearest One to Earth Yet

A little less than 11 light years from our solar system, in the constellation Virgo, lives a red dwarf star called Ross 128. There’s nothing inherently special about Ross 128 it’s a typical red dwarf star, one of the hundreds of billions throughout the Milky Way. But orbiting this faint solar neighbor is the closest potentially habitable Earth-like planet astronomers have ever detected, called Ross 128 b.

The nearest Earth-like exoplanet to us, Proxima b, orbits Proxima Centauri less than four light years away, but because of Proxima Centauri’s young age and frequent bursts of radiation, it is not believed to be habitable. Proxima Centauri is a red dwarf and is the Sun’s closest known stellar neighbor. Ross 128 is currently drifting toward our solar system, and in about 79,000 years, it will become our nearest celestial neighbor.

Humanity is living in the golden age of exoplanet discovery. Exoplanets are planets that orbit stars other than the Sun, and since 51 Pegasi B, the first exoplanet orbiting a Sun-like star was detected in 1995, astronomers have found thousands throughout the Milky Way.

“It’s not the only potentially habitable planet we’ve detected this year—just the closest one. It’s been a fantastic year for finding planets,” said Xavier Bonfils, leader of the Université Grenoble Alps team that made the discovery.

Indeed, it has been 162 exoplanets were found in 2017 alone (so far), although none have yet been confirmed to be able to harbor life. The research is published in the Journal of Astronomy and Astrophysics.

Does Ross 128 harbor a habitable world? Peut-être.

The exoplanet, which has been designated Ross 128 b, is 1.35 times the mass of the Earth and orbits its star at only 5 million kilometers, or 20 times closer than Earth is to the Sun. Ross 128 b’s proximity means it receives 1.38 times more energy from its star than Earth does from the Sun, even though Ross 128 is 280 times less luminous than the Sun. Red dwarf stars, like Ross 128, are much smaller and far less luminous than stars like the Sun.

These characteristics place the “ habitable zone ,” an orbital region where liquid water could exist on the surface of a planet, of Ross 128 much closer to the star than the Sun’s. According to Bonfils and his team, Ross 128 b likely lies in the “inner edge” of its star’s habitable zone. Ross 128 b whips around its star in just 9.9 days.

The age of the system is also promising for potential habitability of Ross 128 b at nearly 7 billion years old, the planet’s rotation has had plenty of time to slow down and stabilize, making the prospect of habitability more promising. A slow, stable rotation means Ross 128 b could have a temperate climate and cyclical seasons, like Earth. Life on Earth appeared around 3.9 billion years ago, and Ross 128 b has had nearly twice the amount of time for life to potentially evolve. Given its age and the fact that Ross 128 is magnetically quiet and doesn’t erupt with frequent flares, Ross 128 b is an auspicious place to look for life.

Just because Ross 128 b is Earth-like, however, does not necessarily mean it is habitable. Venus and Mars are technically both Earth-like, due to their composition, mass, and distances from the Sun. Like Earth, both planets lie within the Sun’s habitable zone and have rocky surfaces. In fact, billions of years ago, Mars had liquid water flowing on its surface. Of course, today, Venus is a 900-degree Hell with a crushing atmosphere and sulfuric acid rain, and Mars is a cold, sterile desert. Determining the habitability of Ross 128 b and other exoplanets requires analyses of their atmospheres, which will be the mission of the James Webb Space Telescope once it launches into space in 2019. Webb will scan the infrared spectrum of exoplanets, enabling it to determine their atmospheric compositions.

Astronomers can’t actually “see” Ross 128 b, so how was it found?

Ross 128 b was detected by the High Accuracy Radial velocity Planet Searcher ( HARPS ). Because Ross 128 b doesn’t pass directly in front of its parent star relative to Earth’s line of sight, Bonfils and his team of astronomers at the European Southern Observatory in Chile charted tiny wobbles in the rotation of red dwarf Ross 128. HARPS measures the small gravitational tugging of a star by an orbiting planet.

According to Bonfils, “there wasn’t a ‘eureka’ moment here where we were able to suddenly say, wow, we have a planet.” The gravitational tugging of a star by a planet is extremely small, and the team “accumulated data over many years, and only gradually the signal built up and became significant,” Bonfils added. Based on the gravitational interaction, the mass and orbit of Ross 128 was inferred. Measuring the tiny pull of a planet’s gravity on its star is an effective way of locating exoplanets that don’t cross our plane of view.

Exoplanets that lie within our line of sight, however, are found through a process called the transit method . When a planet passes in front of its star as it orbits, the star’s light dims, albeit very slightly. The amount of dimming depends on the size of the planet. The Kepler Space Telescope has identified 2,237 exoplanets since 2009, mostly using the transit method (30 of these worlds are within their stars habitable zones). Observations by Kepler in 2014 confirmed that Ross 128 b does not transit its parent star. By measuring how much starlight dims and the amount of time the planet takes to transit, Kepler can determine the planet’s orbit and mass.

“When a planet crosses in front of its star as viewed by an observer, the event is called a transit. Transits by terrestrial planets produce a small change in a star's brightness of about 1/10,000 (100 parts per million, ppm), lasting for 2 to 16 hours. This change must be absolutely periodic if it is caused by a planet. In addition, all transits produced by the same planet must be of the same change in brightness and last the same amount of time, thus providing a highly repeatable signal and robust detection method,” NASA explains .

Ross 128 sits in the constellation of Virgo and appears at the center of this picture. (Davide De Martin/Digitized Sky Survey)

Once it is launched, the James Webb Space Telescope will look for signs of life, such as an abundance of oxygen, by analyzing the atmospheres of planets transiting their stars. “The low stellar activity and moderate distance from Earth make Ross 128 b a good target for biomarker searches with forthcoming telescopes,” Bonfils’s report states. It’s important to note that planets are hundreds to millions of times smaller than their host stars (a million Earths would fit inside the Sun). Thus, identifying exoplanets using the transit method is like trying to spot a fly passing in front of a searchlight a mile away, though because red dwarfs are small, the transits are a bit more apparent.

Red Dwarf Stars May Be The Most Common Hosts To Earth-Like Planets In The Universe

Red dwarfs, classified by astronomers as K and M dwarfs, are the most common type of star in the Universe, vastly outnumbering yellow dwarfs like the Sun and giant stars like Betelgeuse and Eta Carinae.

Three quarters of the Milky Way’s stars are red dwarfs, and though too small and faint to be seen with the unaided eye, red dwarfs can be observed with the assistance of powerful space-based telescopes like Hubble and Kepler. In fact, most of the Sun’s nearest neighbors are red dwarfs. Their strength in numbers alone means it’s likely red dwarfs could be the most common place in the Universe to host habitable words.

Like all other stars, Ross 128 and other red dwarfs generate their power by fusing hydrogen into helium. Due to their small size, however, fusion occurs in every layer of a red dwarf, not just in their cores. Their low gravity (relative to larger stars) allows for convection patterns that evenly distribute hydrogen fuel throughout the entire star. This means that red dwarfs burn through their hydrogen slowly and 100 percent efficiently. Not only are red dwarfs the oldest stars in the Universe, they have the longest life spans. Red dwarf stars will shine for des milliards of years they will be the last stars to burn out when the Universe’s stelliferous era, or star formation era, ends in roughly 100 trillion years.

Given these long lives, life could have many more opportunities to evolve on planets orbiting red dwarfs. In February 2017, for example, Kepler identified a whopping seven Earth-like planets within the habitable zone of red dwarf Trappist-1 . Like Ross 128, the Trappist-1 system is nearly twice the age of our solar system.


Earth-size habitable-zone planet found in archived Kepler data

An artist’s impression of Kepler-1649c, an exoplanet found in archived Kepler data, is roughly the size of Earth and orbiting in a red dwarf’s habitable zone. Image: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

A team of transatlantic scientists, using reanalyzed data from NASA’s Kepler space telescope, has discovered an Earth-size exoplanet orbiting in its star’s habitable zone, the area around a star where a rocky planet could support liquid water.

Scientists discovered this planet, called Kepler-1649c, when looking through old observations from Kepler, which the agency retired in 2018. While previous searches with a computer algorithm misidentified it, researchers reviewing Kepler data took a second look at the signature and recognised it as a planet. Out of all the exoplanets found by Kepler, this distant world – located 300 light-years from Earth – is most similar to Earth in size and estimated temperature.

This newly revealed world is only 1.06 times larger than our own planet. Also, the amount of starlight it receives from its host star is 75% of the amount of light Earth receives from our Sun – meaning the exoplanet’s temperature may be similar to our planet’s as well. But unlike Earth, it orbits a red dwarf. Though none have been observed in this system, this type of star is known for stellar flare-ups that may make a planet’s environment challenging for any potential life.

“This intriguing, distant world gives us even greater hope that a second Earth lies among the stars, waiting to be found,” said Thomas Zurbuchen, associate administrator of NASA’s Science Mission Directorate in Washington. “The data gathered by missions like Kepler and our Transiting Exoplanet Survey Satellite [TESS] will continue to yield amazing discoveries as the science community refines its abilities to look for promising planets year after year.”

A comparison of Earth and Kepler-1649c. Image: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

There is still much that is unknown about Kepler-1649c, including its atmosphere, which could affect the planet’s temperature. Current calculations of the planet’s size have significant margins of error, as do all values in astronomy when studying objects so far away. But based on what is known, Kepler-1649c is especially intriguing for scientists looking for worlds with potentially habitable conditions.

There are other exoplanets estimated to be closer to Earth in size, such as TRAPPIST-1f and, by some calculations, Teegarden c. Others may be closer to Earth in temperature, such as TRAPPIST-1d and TOI 700d. But there is no other exoplanet that is considered to be closer to Earth in both of these values that also lies in the habitable zone of its system.

“Out of all the mislabeled planets we’ve recovered, this one’s particularly exciting – not just because it’s in the habitable zone and Earth-size, but because of how it might interact with this neighboring planet,” said Andrew Vanderburg, a researcher at the University of Texas at Austin and first author on the paper released today in The Astrophysical Journal Letters. “If we hadn’t looked over the algorithm’s work by hand, we would have missed it.”

Kepler-1649c orbits its small red dwarf star so closely that a year on Kepler-1649c is equivalent to only 19.5 Earth days. The system has another rocky planet of about the same size, but it orbits the star at about half the distance of Kepler-1649c, similar to how Venus orbits our Sun at about half the distance that Earth does. Red dwarf stars are among the most common in the galaxy, meaning planets like this one could be more common than we previously thought.


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