|
Обнаружили экзо-Юпитер с похожими облаками
|
|
|
|
Команда астрономов под руководством Элизабет Мэтьюз из Астрономического института Макса Планка (MPIA) сделала открытие, которое подчеркивает ограниченность большинства современных моделей атмосфер экзопланет: облака из водяного льда на далекой экзопланете, похожей на Юпитер, под названием Эпсилон Инди Ав.
|
|
|
|
То, как были проведены наблюдения, имеет более широкие последствия для исследований экзопланет: это интересный непосредственный шаг на пути к окончательному обнаружению и характеристике экзопланеты, аналогичной Земле.
|
|
|
|
Результаты были опубликованы в статье под названием "Второй визит к Eps Ind Ab с помощью JWST: новая фотометрия подтверждает наличие аммиака и предполагает наличие густых облаков в атмосфере экзопланеты ближайшего супер-Юпитера" в Astrophysical Journal Letters.
|
|
Шаг за шагом к созданию второй Земли
|
|
|
|
Исследование экзопланет имеет амбициозную долгосрочную цель: в течение следующих нескольких десятилетий астрономы надеются обнаружить следы жизни на экзопланете. На пути к достижению этой цели исследования экзопланет прошли несколько этапов.
|
|
|
|
|
|
|
На первом этапе исследований, с 1995 по примерно 2022 год, основное внимание исследователей экзопланет было сосредоточено на обнаружении все большего числа экзопланет, используя косвенные методы, которые давали им информацию о массах одних экзопланет, диаметрах других, а в некоторых случаях и о массе, и о диаметре.
|
|
|
|
Когда в 2022 году космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) начал работать по-настоящему, исследования экзопланет перешли на второй этап: для значительного числа планет стала доступна высококачественная, подробная информация об атмосферах многих экзопланет, и исследователи начали довольно подробно реконструировать свойства таких атмосфер.
|
|
|
|
Это все еще, по крайней мере, на один этап отдаляет нас от реалистичных поисков жизни на экзопланетах, для которых, как ожидается, потребуется следующее поколение космических телескопов.
|
|
|
|
В рамках нового исследования астрономы изучают некоторые аспекты этих методов следующего уровня, хотя пока и не для такой планеты, как Земля.
|
|
|
|
Элизабет Мэтьюз (Elisabeth Matthews) (Институт астрономии Макса Планка), ведущий автор исследования, говорит: "JWST, наконец, позволяет нам детально изучить планеты-аналоги Солнечной системы. Если бы мы были инопланетянами, находящимися на расстоянии нескольких световых лет от нас и смотрящими на Солнце, JWST - это первый телескоп, который позволил бы нам детально изучить Юпитер. Однако для детального изучения Земли нам потребовались бы гораздо более совершенные телескопы".
|
|
Неуловимые экзо-Юпитеры
|
|
|
|
Но какими бы удивительными ни были результаты JWST об атмосферах экзопланет, изучение аналогов Юпитера в нашей Солнечной системе оказалось на удивление трудным делом.
|
|
|
|
Почти все газовые гиганты, изученные с помощью JWST до сих пор, отличаются от Юпитера тем, что они намного, намного горячее — чтобы наиболее распространенный метод изучения атмосфер экзопланет сработал, планета должна пройти перед своей звездой-хозяином с точки зрения наблюдателя с Земли, и вероятность такой конфигурации равна намного выше, когда планета находится ближе к своей звезде, что, в свою очередь, делает ее сравнительно горячей.
|
|
|
|
В новом исследовании Мэтьюз и ее коллег используется другая методика. Это самый близкий подход наблюдателей к изучению аналога Юпитера - и это преподнесло, по крайней мере, один сюрприз.
|
|
|
|
Мэтьюз и ее коллеги использовали прибор среднего инфракрасного диапазона MIRI компании JWST для получения прямых изображений планеты Эпсилон Инди Ав.
|
|
|
|
Правила присвоения имен экзопланетам таковы, что это обозначение указывает на первую планету, обнаруженную на орбите звезды Эпсилон Индии А в созвездии Инд (на южном небосклоне).
|
|
|
|
Бхавеш Раджпут, аспирант Астрономического института Макса Планка, который участвовал в исследовании, говорит: "Эта планета имеет значительно большую массу, чем Юпитер — новое исследование показывает, что ее масса составляет 7,6 масс Юпитера, — но диаметр примерно такой же, как у ее родственницы из Солнечной системы".
|
|
|
|
Эпсилон Индии Ab примерно в четыре раза дальше от своей центральной звезды, чем Юпитер от Солнца. Сама звезда Эпсилон Индии A немного менее массивна и не так горяча, как наше солнце. Это делает температуру поверхности Эпсилон Инди Ав очень низкой - примерно от 200 до 300 Кельвинов (от -70 до +20 градусов по Цельсию).
|
|
|
|
Причина, по которой на планете немного теплее, чем на Юпитере (140 К), заключается в том, что на ней все еще остается много тепла, оставшегося после фазы формирования планеты. В течение следующих миллиардов лет Эпсилон Инди Ава будет постепенно остывать и в конечном итоге станет холоднее Юпитера.
|
|
|
|
Астрономы использовали коронограф прибора MIRI, чтобы заблокировать свет центральной звезды, который в противном случае затмевал бы гораздо более тусклый свет планеты. Затем они пропустили изображение через очень специфический фильтр: 11,3 мкм, который находится непосредственно за пределами области длин волн, близкой к 10,6 мкм, характерной для молекул аммиака NH3.
|
|
|
|
Сравнение со снимками с разрешением 10,6 мкм, которые Мэтьюз и ее команда уже сделали в 2024 году, позволило астрономам оценить количество присутствующего аммиака. (Кстати, как механические фильтрующие колеса для коронографа, так и фильтр перед камерой MIRI были сконструированы в MPIA, что является одним из вкладов Германии в JWST.)
|
|
|
|
Удивительное свидетельство наличия облаков
|
|
|
|
В верхних слоях атмосферы Юпитера, которые видны при наблюдениях, преобладают как газообразный аммиак, так и аммиачные облака. Считалось, что, учитывая его свойства, Эпсилон Инди Ab также содержит огромное количество газообразного аммиака, хотя и не содержит аммиачных облаков. Удивительно, но фотометрическое сравнение показало несколько меньшее содержание аммиака, чем ожидалось.
|
|
|
|
Лучшим объяснением, которое Мэтьюз и ее коллеги нашли для этого дефицита, было наличие плотных, но неоднородных облаков из водяного льда, похожих на высотные перистые облака в атмосфере Земли — неожиданное осложнение.
|
|
|
|
При интерпретации наблюдений такого рода астрономы сравнивают свои данные с результатами моделирования атмосфер планет. Но большинство опубликованных моделей не учитывают облака, поскольку их наличие значительно усложняет вычисления — очевидно, теоретикам придется это исправить! Джеймс Манг (James Mang, Техасский университет в Остине), соавтор исследования, говорит: "Это серьезная проблема, и она говорит об огромном прогрессе, которого мы добиваемся благодаря JWST.
|
|
|
|
"То, что когда-то казалось невозможным обнаружить, теперь находится в пределах досягаемости, позволяя нам исследовать структуру этих атмосфер, включая наличие облаков. Это открывает новые уровни сложности, которые наши модели только начинают фиксировать, и открывает путь к еще более детальному описанию этих холодных, далеких миров".
|
|
|
|
С другой стороны, в ближайшее время появится возможность наблюдать облака из водяного льда, которые очень хорошо отражают свет: космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс Роман", партнером которого является MPIA, планируется запустить в 2026-2027 годах, и он должен подойти именно для такого рода наблюдений.
|
|
|
|
Тем временем Мэтьюз и ее коллеги подают заявку на время наблюдения JWST, чтобы найти дополнительные холодные аналоги Юпитера. И в то же самое время, когда Мэтьюз и другие астрономы узнают больше о холодных экзо-Юпитерах, их методы наблюдений закладывают основу, которая, если все пойдет хорошо, поможет будущим наблюдателям ориентироваться на планеты, похожие на Землю, в поисках жизни.
|
|
|
|
Исследователями MPIA являются Элизабет Мэтьюз и Бхавеш Раджпут в сотрудничестве с Джеймсом Мэнгом и Кэролайн Морли (Техасский университет в Остине), Ааринн Картер и Матильдой Малин (Научный институт космического телескопа) и другими.
|
|
|
|
Источник
|
