|
Поиск во Вселенной строительных блоков жизни
|
|
|
|
Пришло время для космического телескопа Джеймса Уэбба вывести экзопланетную астрономию на дальние рубежи. Европейские исследователи проделали большую подготовительную работу к этому моменту. С момента запуска 25 декабря 2021 года на борту ракеты Ariane 5 из Французской Гвианы и после 30 лет создания космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) стал подарком астрономам на Рождество, который продолжает дарить. Как и многие европейские астрономы, Пьер-Оливье Лагаж, астрофизик парижской Комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии (CEA), готовился к JWST в течение многих лет.
|
|
|
|
JWST, совместный проект с НАСА, Канадским космическим агентством (CSA) и Европейским космическим агентством (ESA), начал передавать свои первые изображения космоса в июле 2022 года после прибытия в точку обзора в 1,5 миллиона километров от Земли и разворота. характерный гигантский солнцезащитный козырек. Достойный преемник культового космического телескопа Хаббла, JWST стоимостью 10 миллиардов евро преследует большие научные цели. К ним относятся изучение ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва, галактик и звездообразования, черных дыр, нашей собственной Солнечной системы и поиск строительных блоков жизни во Вселенной.
|
|
|
«Экзопланета — это планета, вращающаяся вокруг звезды, отличной от Солнца», — сказал Лагаге. Лагаге является главным исследователем проекта Exoplanet Atmosphere New Emission Transmission Spectra Analysis, или ExoplANETS A, финансируемого H2020. Он и его коллеги разработали инструмент данных, чтобы использовать множество существующих спектроскопических данных из предыдущих миссий для изучения экзопланет. С самого начала экзопланетная астрономия обнаружила тысячи экзопланет за последние 20 лет. Теперь спектроскопическое оборудование JWST предлагает беспрецедентную возможность изучать экзопланеты на наличие химических признаков жизни в их атмосфере.
|
|
|
|
Спектроскопия транзитных экзопланет является одним из основных методов экзопланетной астрономии. Когда вращающаяся планета движется перед своей звездой относительно наблюдателя, спектр света от звезды меняется при прохождении через атмосферу планеты. Когда изменения в свете обнаруживаются, они указывают на химический состав атмосферы планеты и на то, может ли она поддерживать жизнь или нет. Инструмент Exoplanets A использует анализ данных, чтобы астрономы могли охарактеризовать широкий спектр атмосфер экзопланет. Астрономы, использующие JWST, вероятно, сочтут это полезным для своих собственных наблюдений, указав, какая информация может быть полезной, а какая — шумом. Одним из недостатков спектроскопических наблюдений является то, что, хотя они и являются золотой жилой информации, сигнал смешивается с большим количеством шума. Бесполезная информация, не связанная с атмосферой экзопланеты, может затмить ценные данные наблюдения.
|
|
|
|
По словам Лагажа, это связано с тем, что сигнал, создаваемый атмосферой планеты, ничтожно мал по сравнению с остальным светом, исходящим от звезды. «Итак, вы должны разработать инструменты для удаления этого систематического шума и получения правильного сигнала», — сказал он. Проект Exoplanets A идет дальше. Чтобы смоделировать атмосферу экзопланеты, вам также необходимо иметь хорошее представление о ее родительской звезде. Чтобы помочь в этом, проект создал базу данных свойств звезд с экзопланетами. Он был сделан с использованием архивных данных космической обсерватории ESA XMM-Newton и Gaia. Первоначальные наблюдения экзопланеты JWST касались планеты-гиганта горячего газа WASP-39b, описанной как «горячий Юпитер». Он вращается вокруг солнечной звезды на расстоянии 700 световых лет от нас. В прошлом месяце с помощью спектроскопии JWST сделал первое подтвержденное наблюдение углекислого газа на экзопланете.
|
|
|
|
Проект ESCAPE (Исследование ярлыков для характеристики атмосфер планет, похожих на Землю) также искал ярлыки, которые помогут охарактеризовать атмосферы экзопланет, подобных Земле. Мартин Тюрбе, астрофизик из Французского национального центра научных исследований (CNRS) и главный исследователь проекта ESCAPE, финансируемого H2020, сказал, что для этого необходимо изучить новые методы наблюдения с использованием различных наземных и космических телескопов. Например, астрономы разрабатывают новые методы расчета плотности планет, вращающихся вокруг TRAPPIST-1, ультрахолодного красного карлика, находящегося примерно в 40 световых годах от нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Первоначально обнаруженная в 2000 году, позже в 2017 году было объявлено, что звезда TRAPPIST-1 содержит семь небольших экзопланет, вращающихся в плотном строю, по крайней мере, некоторые из которых могут быть обитаемыми. Чтобы рассчитать плотность планеты, нужно знать ее радиус и массу. Оценить планету можно с помощью спектроскопических наблюдений. Массу можно рассчитать, наблюдая за влиянием гравитационного притяжения планеты на ее родительскую звезду.
|
|
|
|
«Это классический способ измерения веса планеты», — сказал Турбет. «Но в случае с планетами TRAPPIST-1 масса планет настолько мала, что классический метод не работает». Однако система TRAPPIST-1 уникальна тем, что все семь планет вращаются очень близко друг к другу и оказывают сильное гравитационное воздействие друг на друга, сказал он. Это влияет на их орбиты и означает, что они не проходят или не проходят транзитом перед своей звездой-хозяином в фиксированные моменты времени. По словам Турбета, измерение отклонений во времени этих транзитов позволило исследователям оценить силу гравитационных сил между планетами и оценить их массы.
|
|
|
|
Они утверждают, что благодаря этому методу теперь они могут делать самые точные прогнозы содержания воды на семи известных планетах в системе TRAPPIST-1. Наблюдения, а также расчеты массы, плотности и содержания воды проводились с использованием наземных телескопов, таких как телескоп SPECULOOS в Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили, космических телескопов и новых теоретических работ. Турбет сказал, что JWST и планируемый Чрезвычайно большой телескоп (ELT) смогут обнаруживать потенциальные признаки жизни, известные как биомаркеры, в атмосферах экзопланет. Однако он предупредил, что их «нельзя использовать в качестве окончательного доказательства того, что на планете есть жизнь». Это связано с тем, что недавняя работа показала, что биомаркеры, такие как кислород, могут образовываться без жизни.
|
|
|
|
Турбет и его коллеги также исследовали новый метод спектроскопии, известный как спектроскопия отраженного света. Вместо того, чтобы анализировать, как меняется свет звезды, когда планета проходит перед ней, этот метод рассматривает, как свет от звезды отражается атмосферой планеты. По словам Турбета, модели содержания воды и планетарных атмосфер также помогут в наблюдениях с JWST. Они позволят астрономам планировать свои наблюдения, чтобы максимизировать сбор данных, представляющих неподдельный интерес. При этом исследования экзопланет — это не только поиск инопланетной жизни. По словам Лагажа, экзопланеты также могут предоставить нам информацию об истории Земли и о том, как развивалась ее атмосфера. «Меня больше всего интересует атмосфера суперземли и экзопланет размером с Землю», — сказал он.
|
|
|
|
Источник
|
