|
Скалистая экзопланета в обитаемой зоне звезды
|
|
|
|
Новое исследование с использованием мощного телескопа НАСА JWST выявило планету, которая может иметь атмосферу на расстоянии 41 светового года от нас. Планета находится в "обитаемой зоне", области вокруг звезды, где температура позволяет существовать жидкой воде на поверхности каменистого мира. Это важно, поскольку вода является ключевым компонентом, поддерживающим существование жизни.
|
|
|
|
Если дальнейшие наблюдения подтвердят это, то это будет первая каменистая планета с пригодной для жизни зоной, о которой также известно, что у нее есть атмосфера. Результаты двух новых исследований опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
Обитаемая зона частично определяется диапазоном температур, создаваемых теплом звезды. Зона расположена на таком расстоянии от своей звезды, где температура не слишком высокая и не слишком холодная (из-за чего ее иногда называют "зоной Златовласки").
|
|
|
|
Но экзопланетам (мирам, вращающимся вокруг звезд за пределами нашей Солнечной системы), способным содержать жидкую воду, часто также требуется атмосфера с достаточным парниковым эффектом. Парниковый эффект создает дополнительный нагрев за счет поглощения и выделения газов в атмосфере и поможет предотвратить испарение воды в космос.
|
|
|
|
Вместе с международной командой коллег мы направили крупнейший космический телескоп НАСА JWST на планету под названием Trappist-1 e. Мы хотели определить, есть ли атмосфера в этом каменистом мире, расположенном в обитаемой зоне своей звезды. Эта планета является одним из семи скалистых миров, которые, как известно, вращаются вокруг небольшого холодного красного карлика под названием Trappist-1.
|
|
|
|
|
|
|
Скалистые экзопланеты есть повсюду в нашей галактике. Открытие многочисленных скалистых планет в 2010-х годах космическими телескопами Kepler и Tess имеет огромное значение для нашего места во Вселенной.
|
|
|
|
Большинство обнаруженных нами до сих пор скалистых экзопланет вращаются вокруг звезд-красных карликов, которые намного холоднее солнца (обычно 2500°C/4500°F, по сравнению с солнечными 5600°C/10 000°F). Это происходит не потому, что планеты, вращающиеся вокруг солнцеподобных звезд, редки, а просто по техническим причинам, по которым легче находить и изучать планеты, вращающиеся вокруг звезд меньшего размера.
|
|
|
|
Красные карлики также дают много преимуществ, когда мы пытаемся измерить свойства их планет. Поскольку звезды более холодные, их обитаемые зоны, где температура благоприятна для жидкой воды, расположены гораздо ближе по сравнению с нашей Солнечной системой, поскольку солнце намного горячее. Таким образом, год на каменистой планете с температурой Земли, которая вращается вокруг красного карлика, может составлять от нескольких дней до недели по сравнению с 365 днями на Земле.
|
|
Транзитный метод
|
|
|
|
Один из способов обнаружения экзопланет - измерить небольшое затемнение света, когда планета проходит транзитом или перед своей звездой. Поскольку планетам, вращающимся вокруг красных карликов, требуется меньше времени для прохождения орбиты, астрономы могут наблюдать больше транзитов за более короткий промежуток времени, что облегчает сбор данных.
|
|
|
|
Во время прохождения астрономы могут измерить поглощение газов в атмосфере планеты (если таковая имеется). Поглощение - это процесс, при котором определенные газы поглощают свет на разных длинах волн, препятствуя его прохождению. Это дает ученым возможность определить, какие газы присутствуют в атмосфере.
|
|
|
|
Важно отметить, что чем меньше звезда, тем большая часть ее света блокируется атмосферой планеты во время прохождения. Таким образом, красные карлики - одно из лучших мест для поиска атмосферы каменистых экзопланет.
|
|
|
|
Расположенная на относительно близком расстоянии в 41 световый год от Земли, система Trappist-1 привлекла значительное внимание с момента своего открытия в 2016 году. Три планеты, Trappist-1d, Trappist-1e и Trappist-1f (третья, четвертая и пятая планеты от звезды), находятся в пределах обитаемой зоны.
|
|
|
|
JWST проводит систематический поиск атмосфер на планетах Trappist-1 с 2022 года. Результаты по трем самым внутренним планетам, Trappist-1b, Trappist-1c и Trappist-1d, указывают на то, что эти миры, скорее всего, представляют собой голые скалы с разреженной атмосферой в лучшем случае. Но планеты, расположенные дальше, которые подвергаются меньшей радиационной бомбардировке и энергетическим вспышкам от звезды, все еще потенциально могут обладать атмосферой.
|
|
|
|
Мы наблюдали Trappist-1e, планету в центре обитаемой зоны звезды, с помощью JWST четыре раза в период с июня по октябрь 2023 года. Мы сразу заметили, что на наши данные сильно повлияло так называемое "звездное загрязнение" из горячих и холодных активных областей (аналогичных солнечным пятнам) на Trappist-1. Это потребовало тщательного анализа. В итоге нашей команде потребовалось больше года, чтобы проанализировать данные и отличить сигнал, исходящий от звезды, от сигнала, исходящего от планеты.
|
|
|
|
Мы видим два возможных объяснения того, что происходит на Trappist-1e. Наиболее захватывающая возможность заключается в том, что планета обладает так называемой вторичной атмосферой, содержащей тяжелые молекулы, такие как азот и метан. Но четыре полученных нами наблюдения еще недостаточно точны, чтобы исключить альтернативное объяснение того, что планета представляет собой голую скалу без атмосферы.
|
|
|
|
Если у Trappist-1e действительно есть атмосфера, это будет первый случай, когда мы обнаружим атмосферу на скалистой планете в обитаемой зоне другой звезды.
|
|
|
|
Поскольку Trappist-1e находится в зоне, пригодной для жизни, плотная атмосфера с достаточным парниковым эффектом может способствовать образованию жидкой воды на поверхности планеты. Чтобы установить, пригоден ли Trappist-1e для жизни, нам нужно будет измерить концентрацию парниковых газов, таких как углекислый газ и метан. Эти первоначальные наблюдения являются важным шагом в этом направлении, но потребуются дополнительные наблюдения с помощью JWST, чтобы убедиться в наличии атмосферы на Trappist-1e и, если да, то для измерения концентраций этих газов.
|
|
|
|
На данный момент ведутся дополнительные 15 транзитных полетов Trappist-1e, которые должны быть завершены к концу 2025 года. В наших последующих наблюдениях используется другая стратегия наблюдения, при которой мы нацеливаемся на последовательные прохождения Trappist-1b (который представляет собой голую скалу) и Trappist-1e. Это позволит нам использовать голую породу, чтобы лучше "проследить" горячие и холодные активные области на звезде. Любое избыточное поглощение газов, наблюдаемое только во время транзитов Trappist-1e, будет однозначно вызвано атмосферой планеты.
|
|
|
|
Таким образом, в течение следующих двух лет мы должны получить гораздо более полное представление о том, как Trappist-1e соотносится со скалистыми планетами нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Источник
|
