|
Проблемы поиска атмосферы у TRAPPIST-1e
|
|
|
|
Ведется поиск экзопланет земного типа в обитаемых зонах, и некоторые из наиболее многообещающих кандидатов были обнаружены почти десять лет назад на расстоянии около 40 световых лет от Земли. Система TRAPPIST-1 содержит семь планет земной группы, похожих на Землю, и четыре из них могут находиться в обитаемой зоне. Звезда представляет собой тусклый красный карлик, поэтому обитаемая зона расположена близко к звезде, как и планеты. По этой причине астрономы ожидают, что они будут привязаны к звезде в зависимости от прилива.
|
|
|
|
JWST был создан для рассмотрения четырех основных научных тем, и одна из них - планетные системы и происхождение жизни. Он может изучать атмосферу экзопланет с помощью инфракрасной транзитной спектроскопии, при которой свет от звезды проходит через атмосферу экзопланеты, когда он проходит перед звездой. С помощью этого метода JWST может обнаруживать молекулы в атмосфере.
|
|
|
|
Космический телескоп сделал это для нескольких целей, в том числе для планет в системе TRAPPIST-1. Но он сталкивается с серьезной проблемой: звездным загрязнением.
|
|
|
|
Новое исследование, которое будет опубликовано в журнале Astronomical Journal, описывает первые наблюдения TRAPPIST-1 e, планеты примерно того же размера, что и Земля, которая стала главной целью науки об экзопланетах. Оно посвящено методу устранения звездного загрязнения при наблюдениях атмосферы экзопланет с помощью JWST. Исследование называется "Программа JWST TRAPPIST-1 e/b: мотивация и первые наблюдения" и в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv. Ведущим автором является Натали Аллен, аспирантка факультета физики и астрономии Университета Джона Хопкинса.
|
|
|
|
|
|
|
"Одной из важнейших задач в области изучения экзопланет является обнаружение атмосферы на экзопланетах земного типа с умеренным климатом, и одной из наиболее подходящих систем для этого является TRAPPIST-1", - пишут авторы в своем исследовании. "Однако первые наблюдения за прохождением планет TRAPPIST-1 показывают значительное загрязнение от особенностей поверхности звезд, которые мы не можем уверенно смоделировать".
|
|
|
|
Чтобы понять, что JWST измеряет атмосферу экзопланеты, астрономы должны уметь удалять звездный свет из сигнала. Но звезды неоднородны, и сделать это непросто. У них есть более холодные области, называемые звездными пятнами, и более горячие области, называемые факелами. Когда планета проходит перед звездой, она закрывает часть звезды, но не всю ее. Если планета блокирует звездное или солнечное пятно, это может создавать ложные сигналы, имитирующие присутствие определенных молекул в атмосфере планеты. Кроме того, области краев звезды имеют другие температуры и спектральные свойства, чем ее центр.
|
|
|
|
Это звездное загрязнение превращает все исследование в сложную головоломку, и для такого мощного телескопа, как JWST, это еще хуже, потому что слабые сигналы могут быть усилены. "Однако интерпретировать наблюдения при передаче было сложнее", - пишут авторы. "Известно, что M-карлики, как правило, магнитно активны, и есть множество свидетельств модуляции вращения из-за того, что активные области поверхности звезд то появляются, то исчезают из поля зрения". Кроме того, известно, что красные карлики, подобные TRAPPIST-1, имеют очень активные поверхности с большим количеством вспышек, что усугубляет проблему.
|
|
|
|
|
|
JWST уже проводил спектрометрию атмосферы экзопланет и ранее сталкивался со звездным загрязнением. В 2023 году астрономы использовали его для изучения атмосферы скалистой экзопланеты GJ 486 b, суперземли, которая вращается вокруг красного карлика на расстоянии около 26 световых лет. Они обнаружили водяной пар, что стало важным открытием, но не были уверены, исходит ли сигнал от водяного пара из атмосферы планеты или от самой звезды.
|
|
|
|
Астрономы уже исследовали другую планету TRAPPIST-1 — планету b — с помощью JWST. На самом деле, JWST наблюдал систему TRAPPIST-1 более 400 часов, что ясно указывает на научную важность системы. Планета b лишена атмосферы, поэтому ее сигналы могут быть использованы в качестве базовой линии для моделирования звездного загрязнения и, как мы надеемся, исключат его из первых наблюдений планеты e.
|
|
|
|
"Здесь мы представляем мотивацию и первые наблюдения нашей многоцикловой программы JWST для TRAPPIST-1 e, в которой используются близкие транзиты безвоздушного объекта TRAPPIST-1 b для независимой от модели коррекции звездного загрязнения с целью определения того, имеет ли TRAPPIST-1 e среднюю молекулярную массу, подобную Земной. утяжелите атмосферу, содержащую CO2", - поясняют авторы.
|
|
|
|
В статье представлены только первые наблюдения TRAPPIST-1 e в рамках многоцикловой программы. Предыдущие наблюдения экзопланеты с помощью JWST выявили экстремальное звездное загрязнение. Вопрос, на который они пытаются ответить, заключается в том, может ли их моделирование безвоздушного пространства TRAPPIST-1 b помочь им отфильтровать звездное загрязнение на TRAPPIST-e. Их результаты показывают, что они должны быть в состоянии это сделать, с некоторыми оговорками.
|
|
|
|
Эти первые наблюдения подчеркивают проблему звездного загрязнения.
|
|
|
|
"Наиболее очевидным и проблематичным дополнительным осложнением в наших наблюдениях является наличие вспышек, видимых при каждом наблюдении в Ha, разной силы и частоты", - пишут они. Звездные пятна и активные области заметно проявляются при наблюдениях H-альфа. Вся эта активность и наблюдения в H-alpha опровергают идею о том, что TRAPPIST-1 b можно использовать для изучения атмосферы TRAPPIST-1 e. "Эти вспышки нарушают предположение, заложенное в нашей методике близкого прохождения, о том, что поверхность звезды остается неизменной между прохождениями планет e и b". авторы объясняют.
|
|
|
|
Но предложенная ими программа наблюдений должна быть в состоянии обойти это. Они предлагают наблюдать только 15 близких транзитов. Близкие транзиты происходят, когда между прохождением TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 e проходит менее восьми часов. Это составляет примерно 10% от 3,3-дневного периода обращения звезды. "Это достаточно малая часть периода вращения, так что между наблюдениями не должно быть значительного вращения поверхности звезды, но она все еще достаточно гибкая, чтобы мы могли найти достаточно близкие случаи прохождения в ближайшем будущем", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Первоначальные результаты этого исследования позволяют предположить, что их метод близкого транзита будет работать.
|
|
|
|
"Мы показываем, что мы могли бы обнаружить атмосферу, подобную Земной, с помощью наших предложенных и принятых 15 наблюдений за прохождением вблизи Земли", - объясняют авторы. Но это зависит от одного конкретного молекулярного сигнала. "Наша способность обнаруживать атмосферу сильно зависит от наличия концентрации CO2 в 4,3 мкм, которая, по прогнозам, является обычным результатом формирования вторичной атмосферы", - пишут они. Вторичная атмосфера отличается от первичной атмосферы планеты тем, что может отражать биологическую активность.
|
|
|
|
Полоса поглощения CO2 толщиной 4,3 мкм имеет важное значение, поскольку это одна из самых сильных полос поглощения молекул. Поскольку она относительно изолирована от других сигналов в спектре, ее с меньшей вероятностью можно спутать со звездным загрязнением.
|
|
|
|
В этом исследовании представлено возможное решение проблемы звездного загрязнения. Эта проблема не ограничивается TRAPPIST-1 или только красными карликами. Все звезды обладают поверхностной активностью, которую необходимо учитывать при определении характеристик атмосферы.
|
|
|
|
"Проблема звездного загрязнения сохраняется далеко за пределами системы TRAPPIST-1 и является существенным усложняющим фактором в поисках атмосферы на каменистой экзопланете, для чего у нас в настоящее время нет убедительных доказательств", - заключают авторы.
|
|
|
|
Источник
|
