И тут появляется «Уэбб»: ученые с помощью космического телескопа присматриваются к пригодной для жизни экзопланете

Ученые с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба (NASA) ведут наблюдение за экзопланетой TRAPPIST-1 e. Тщательный анализ полученных результатов позволяет предположить несколько возможных сценариев того, как может выглядеть атмосфера и поверхность планеты.

Две научные статьи, подробно описывающие первые результаты работы группы, были опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.

TRAPPIST-1 (также 2MASS J23062928-0502285 или EPIC 246199087) — одиночная звезда, обладающая системой планет, три из которых находятся в зоне обитаемости. Находится в созвездии Водолея на расстоянии 39,5 светового года от Солнца. Планетная система была открыта в 2016–2017 годах.

Как отмечает американское космическое агентство 8 сентября, из семи планет размером с Землю, вращающихся вокруг красного карлика TRAPPIST-1, планета e представляет особый интерес, поскольку она вращается вокруг звезды на расстоянии, где теоретически возможно наличие воды на поверхности — не слишком горячо, не слишком холодно, — но только при наличии у планеты атмосферы. Вот тут-то и появляется «Уэбб». Исследователи направили мощный инструмент телескопа NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) на систему, когда планета e проходила транзитом или перед своей звездой. Свет звезд, проходящий через атмосферу планеты, если таковая имеется, будет частично поглощаться, и соответствующие провалы в спектре света, достигающего «Уэбба», подскажут астрономам, какие химические вещества там обнаружены. С каждым новым транзитом состав атмосферы становится более четким по мере сбора новых данных.

«Инфракрасные приборы „Уэбба“ предоставляют нам больше информации, чем когда-либо прежде, и первые четыре наблюдения, которые нам удалось провести за планетой e, показывают, с чем нам придется работать, когда поступит остальная информация», — сказал Нестор Эспиноза из Института космических телескопов в Балтиморе, штат Мэриленд, руководитель исследовательской группы.

Хотя для планеты e остается открытым множество возможностей, поскольку до сих пор были проанализированы только четыре транзита, исследователи уверены, что у планеты всё еще нет своей первичной, или изначальной, атмосферы. TRAPPIST-1 — очень активная звезда с частыми вспышками, поэтому исследователей не удивляет, что любая водородно-гелиевая атмосфера, с которой могла сформироваться планета, была бы сброшена звездным излучением. Однако многие планеты, включая Землю, после потери первичной атмосферы формируют более тяжелую вторичную атмосферу. Возможно, что планета e так и не смогла этого сделать и не имеет вторичной атмосферы. Тем не менее исследователи говорят, что есть такая же вероятность того, что у планеты e есть атмосфера, и команда разработала новые подходы к работе с данными «Уэбба», чтобы определить потенциальные атмосферы и поверхностные условия планеты e.

Исследователи утверждают, что атмосфера TRAPPIST-1 e вряд ли состоит преимущественно из углекислого газа, аналогично плотной атмосфере Венеры и разреженной атмосфере Марса. Однако исследователи также отмечают, что прямых параллелей с нашей Солнечной системой не существует.

«TRAPPIST-1 — это звезда, сильно отличающаяся от нашего Солнца, и поэтому планетная система вокруг нее также сильно отличается, что бросает вызов как нашим наблюдательным, так и теоретическим предположениям», — сказала член группы Николь Льюис, доцент кафедры астрономии Корнеллского университета.

Исследователи утверждают, что если на TRAPPIST-1 e есть жидкая вода, это будет сопровождаться парниковым эффектом, при котором различные газы, в частности углекислый газ, поддерживают стабильность атмосферы и тепло планеты.

«Небольшой парниковый эффект может иметь большое значение», — сказала Льюис, и измерения не исключают достаточного количества углекислого газа для поддержания некоторого количества воды на поверхности. Согласно анализу группы, вода может образовать глобальный океан или покрыть меньшую область планеты, где звезда находится в состоянии вечного полудня, окруженную льдом. Это возможно, поскольку из-за размеров планет TRAPPIST-1 и их близких орбит к своей звезде считается, что все они находятся в приливном захвате, то есть одна сторона всегда обращена к звезде, а другая всегда находится во тьме.

Эспиноза и соруководитель исследования Натали Аллен из Университета Джонса Хопкинса возглавляют группу, которая в настоящее время проводит 15 дополнительных наблюдений планеты e с инновационным подходом. Ученые рассчитывают время наблюдений так, чтобы «Уэбб» поймал обе планеты b и e, проходящие мимо звезды одна за другой. После предыдущих наблюдений «Уэббом» планеты b, планеты, вращающейся ближе всего к TRAPPIST-1, ученые практически уверены, что это голый камень без атмосферы. Это означает, что сигналы, обнаруженные во время транзита планеты b, можно приписать только звезде, и поскольку планета e проходит почти в то же время, будет меньше осложнений из-за переменности звезды. Ученые планируют сравнить данные с обеих планет, и любые признаки химических веществ, которые проявляются только в спектре планеты e, можно будет приписать ее атмосфере.

«Мы всё еще находимся на ранних стадиях изучения того, какие удивительные научные исследования мы можем сделать с телескопом „Уэбб“. Невероятно измерять детали звездного света вокруг планет размером с Землю, находящихся в 40 световых годах от нас, и понимать, как там может быть, если там возможна жизнь», — сказала Ана Глидден, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института, которая руководила исследованием возможных атмосфер планеты e. «Мы вступаем в новую эпоху исследований, и очень интересно быть частью этого», — сказала она.

Телескоп «Джеймс Уэбб» изучает все этапы истории нашей Вселенной, от первых ярких вспышек после Большого взрыва до формирования солнечных систем, способных поддерживать жизнь на планетах, подобных Земле, и эволюции нашей собственной Солнечной системы. «Уэбб» был запущен 25 декабря 2021 года. Он вращается не вокруг Земли, как космический телескоп «Хаббл», а вокруг Солнца на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, в так называемой второй точке Лагранжа, или L2. Телескоп был успешно запущен 25 декабря 2021 года и первые научные исследования начались летом 2022 года. 9 января 2022 года телескоп успешно развернул все свои системы и перешел в полностью операционное состояние. Время службы телескопа в основном ограничено запасом топлива для маневрирования, который ограничен 20 годами, но не все приборы могут проработать столько времени.

Экзопланета — это любая планета за пределами нашей Солнечной системы. Большинство из них вращаются вокруг других звезд, но некоторые экзопланеты, называемые планетами-изгоями, не связаны ни с одной звездой. Подтверждено существование почти 6000 экзопланет из миллиардов, которые существуют.