|
Планета TRAPPIST-1e находится в центре внимания
|
|
|
|
Когда в июле 2022 года JWST, наконец, начал свои долгожданные научные исследования, его внимания ожидал длинный список объектов. Ученые соревнуются за время наблюдений, подавая заявки, и из каждых девяти представленных заявок утверждается только одна. В ходе последнего четвертого цикла работы телескопа ученые запросили около 78 000 часов времени для наблюдений, в то время как было доступно только около 8700.
|
|
|
|
Чтобы справиться с этим, предложения тщательно проверяются на предмет их ценности. В JWST есть четыре основные научные темы, и одна из них - "Планетные системы и происхождение жизни". Система TRAPPIST-1 идеально подходит для наблюдений в рамках этой темы, и астрономы с нетерпением ожидали запуска JWST, зная, что в конечном итоге он обратит свое инфракрасное зрение на систему и ее семь скалистых планет размером с Землю.
|
|
|
|
JWST уже наблюдал TRAPPIST-1 b, c и d. Его новейшей целью является TRAPPIST-1 e (T1e). T1e находится в обитаемой зоне звезды и считается наиболее вероятной планетой, на поверхности которой может сохраняться вода в самых разнообразных условиях. Результаты наблюдений с помощью телескопа приведены в двух статьях, опубликованных в Astrophysical Journal Letters. Наблюдения продолжаются, и эти статьи основаны на первых четырех транзитах, которые наблюдал телескоп.
|
|
|
|
|
|
|
"TRAPPIST-1 e - одна из очень немногих скалистых экзопланет, которая одновременно поддается атмосферным характеристикам и находится в обитаемой зоне своей звезды — расположена на таком расстоянии от своей звезды, что при наличии подходящей атмосферы на ее поверхности может сохраняться жидкая вода", - говорится в первой статье.
|
|
|
|
JWST проводит спектроскопические наблюдения за атмосферами экзопланет в инфракрасном диапазоне. Его диапазон длин волн позволяет обнаруживать такие важные компоненты атмосферы, как водяной пар, углекислый газ, метан и аммиак. Эти молекулы являются ключевыми индикаторами состояния атмосферы и играют важную роль в понимании того, как она формируется, эволюционирует и становится потенциально пригодной для жизни. Большое 6,5-метровое зеркало JWST и его чувствительные приборы позволяют телескопу обнаруживать даже слабые спектроскопические сигналы от этих и других молекул.
|
|
|
|
"Инфракрасные приборы Уэбба дают нам больше деталей, чем мы когда-либо получали раньше, и первые четыре наблюдения планеты е, которые мы смогли сделать, показывают нам, с чем нам придется работать, когда поступит остальная информация", - сказал Нестор Эспиноза из Космического телескопа Научный институт. Эспиноза является ведущим автором одной из новых статей.
|
|
|
|
Первые четыре транзита указывают на то, что T1e потеряла свою первичную атмосферу из-за вспышки звезды - красного карлика, вокруг которого она вращается. Но эти наблюдения также представляют несколько различных сценариев для планеты. Например, они не могут исключить возможность существования атмосферы, поскольку некоторые данные свидетельствуют о том, что у планеты она все-таки есть. Планеты могут обзаводиться вторичной атмосферой после того, как лишатся своей первичной. Именно это произошло на Земле.
|
|
|
|
На приведенном выше рисунке хорошо представлены результаты спектроскопии JWST, полученные при четырех прохождениях T1e перед ее звездой. На самом деле данные далеко не так ясны, и их необходимо тщательно проанализировать, чтобы извлечь смысл.
|
|
|
|
Различия в четырех спектрах, приведенных выше, вероятно, связаны со вспышками звезд. Как красный карлик, TRAPPIST-1 известен мощными вспышками, которые, вероятно, лишили планеты первичных водородно-гелиевых атмосфер. Такие же вспышки загрязняют спектры JWST.
|
|
|
|
"Наши спектры пропускания демонстрируют те же уровни звездного загрязнения, которые наблюдались в предыдущих работах для других планет в системе TRAPPIST-1, но в более широком диапазоне длин волн, что демонстрирует сложность определения характеристик планет TRAPPIST-1 даже на относительно длинных длинах волн", - объясняют авторы первой статьи.
|
|
|
|
Маловероятно, что в атмосфере экзопланеты преобладает углекислый газ, как в плотной атмосфере Венеры и разреженной атмосфере Марса. На самом деле, она не похожа ни на одно тело в нашей Солнечной системе. Это неудивительно, поскольку сама звезда сильно отличается от нашей стабильной звезды главной последовательности.
|
|
|
|
"TRAPPIST-1 - это звезда, сильно отличающаяся от нашего Солнца, и поэтому планетная система вокруг нее также сильно отличается, что бросает вызов как нашим наблюдениям, так и теоретическим предположениям", - сказал соавтор первого исследования Николь Льюис, доцент астрономии Корнеллского университета.
|
|
|
|
Однако отсутствие обнаруженного углекислого газа может предотвратить возникновение парникового эффекта на планете. По мнению исследователей, парниковый эффект может быть необходим для поддержания уровня поверхностных вод в атмосфере T1e. Однако интерпретация данных JWST сложна, а наблюдения неполны. Наблюдения не позволяют исключить присутствие некоторого количества углекислого газа, и его может быть достаточно для сохранения некоторого количества поверхностных вод.
|
|
|
|
"Небольшой парниковый эффект имеет большое значение", - сказал Льюис в пресс-релизе.
|
|
|
|
Во второй статье моделирование спектров JWST предполагает наличие метана (CH4). Плотные атмосферы с преобладанием метана исключены, но нельзя исключать более низкое содержание CH4 при более высоких парциальных давлениях N2.
|
|
|
|
"Если на TRAPPIST-1 e существует атмосфера, наши данные показывают, что ей лучше всего соответствует относительно тяжелый, спектрально неактивный газ вместе с CH4", - пишут Глидден и ее соавторы во второй статье. - Однако мы подчеркиваем, что имеющиеся данные не гарантируют обнаружения атмосферы и не исключают этого".
|
|
|
|
К счастью, в ближайших 15 наблюдениях за T1e будут представлены новые инновации. Эспиноза, ведущий автор первой статьи, и соисследователь Натали Аллен из Университета Джона Хопкинса разработали способ получить более четкое представление об атмосфере T1e с помощью JWST. Это связано с другой планетой TRAPPIST-1, T1-b.
|
|
|
|
T1-b - ближайшая планета к своей звезде, и JWST уже наблюдал ее. Астрономы уверены, что это просто голая скала без атмосферы. Она находится так близко к звезде, что почти наверняка произойдет звездное расслоение. Поскольку T1-b проходит через звезду непосредственно перед T1-e, астрономы могут сравнить спектры каждой из них почти в одно и то же время.
|
|
|
|
Любые звездные артефакты, присутствующие во время наблюдений, могут быть количественно определены по тому, как они проявляются в спектрах T1-b, а затем удалены из наблюдений T1-e. Таким образом, любые химические индикаторы, присутствующие в спектрах T1-e, могут быть подтверждены как часть его атмосферы.
|
|
|
|
"На самом деле мы все еще находимся на ранней стадии изучения того, какие удивительные научные открытия мы можем сделать с помощью Webb", - сказала Ана Глидден. Глидден - научный сотрудник Института Кавли Массачусетского технологического института и ведущий автор второй статьи. "Это невероятно - измерить детали звездного света вокруг планет размером с Землю, расположенных на расстоянии 40 световых лет от нас, и узнать, на что это могло бы быть похоже, если бы там была возможна жизнь. Мы живем в новую эру исследований, частью которой очень интересно быть", - сказала она.
|
|
|
|
Хотя результаты четырех наблюдений JWST пока не позволяют сделать точный вывод о том, на что похожа атмосфера T1e, они ограничивают возможности. Как и планировалось, мощный телескоп предвещает новую эру в этом веке экзопланет. Мы перешли от простого обнаружения к детальному изучению их атмосферы.
|
|
|
|
"Мы показываем, что с текущим набором данных мы не можем провести различие между атмосферным и безатмосферным сценарием для TRAPPIST-1 e", - пишут Эспиноза и др. в своей статье, в то же время признавая, что они добились прогресса, ограничив возможности. "Однако наша работа показывает, как JWST открывает новые горизонты в изучении состава атмосферы экзопланет с каменистой поверхностью".
|
|
|
|
Источник
|
