В солнечной системе под названием TRAPPIST-1, в 40 световых годах от Солнца, вокруг холодной звезды вращаются семь планет размером с Землю. Астрономы получили новые данные от космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) о TRAPPIST-1 b, планете солнечной системы TRAPPIST-1, ближайшей к своей звезде. Эти новые наблюдения дают представление о том, как ее звезда может повлиять на наблюдения экзопланет в обитаемой зоне холодных звезд. В обитаемой зоне на поверхности вращающейся планеты все еще может существовать жидкая вода. Команда, в которую входил астроном Мичиганского университета и научный сотрудник НАСА Саган Райан Макдональд, опубликовала свое исследование в журнале The Astrophysical Journal Letters. «Наши наблюдения не обнаружили признаков атмосферы вокруг TRAPPIST-1 b. Это говорит нам о том, что планета может представлять собой голую скалу, иметь облака высоко в атмосфере или иметь очень тяжелую молекулу, такую как углекислый газ, которая делает атмосферу слишком маленькой для обнаружения», - сказал Макдональд. «Но что мы действительно видим, так это то, что звезда является абсолютно самым большим эффектом, доминирующим в наших наблюдениях, и это будет делать то же самое с другими планетами в системе».
Большая часть исследования команды была сосредоточена на том, как много они могли узнать о влиянии звезды на наблюдения планет системы TRAPPIST-1. «Если мы не придумаем, как поступить со звездой сейчас, нам будет намного сложнее, когда мы посмотрим на планеты в обитаемой зоне — TRAPPIST-1 d, e и f — увидеть какие-либо атмосферные сигналы", - сказал Макдональд. TRAPPIST-1, звезда, намного меньшая и холоднее нашего Солнца, расположенная примерно в 40 световых годах от Земли, привлекла внимание как ученых, так и любителей космоса с момента открытия семи экзопланет размером с Землю в 2017 году. Расположенные вокруг звезды, три из которых находятся в ее обитаемой зоне, вселили надежды на обнаружение потенциально обитаемой среды за пределами нашей Солнечной системы. В исследовании, проведенном Оливией Лим из Института исследований экзопланет Тротье при Университете Монреаля, использовался метод, называемый трансмиссионной спектроскопией, чтобы получить важную информацию о свойствах TRAPPIST-1 b. Анализируя свет центральной звезды после того, как она прошла через атмосферу экзопланеты во время транзита, астрономы могут увидеть уникальный отпечаток пальца, оставленный молекулами и атомами, обнаруженными в этой атмосфере.
«Эти наблюдения были сделаны с помощью инструмента NIRISS на JWST, созданного международным сотрудничеством под руководством Рене Дойона из Монреальского университета под эгидой Канадского космического агентства в течение почти 20 лет», — сказал Майкл Мейер, профессор UM. астрономии. «Для меня было честью стать частью этого сотрудничества, и мне было чрезвычайно интересно видеть подобные результаты, характеризующие разнообразные миры вокруг близлежащих звезд, полученные благодаря этой уникальной способности NIRISS». Ключевым выводом исследования стало значительное влияние звездной активности и загрязнения при попытке определить природу экзопланеты. Под звездным загрязнением понимают влияние собственных особенностей звезды, таких как темные области, называемые пятнами, и яркие области, называемые факелами, на измерения атмосферы экзопланеты. Команда нашла убедительные доказательства того, что звездное загрязнение играет решающую роль в формировании спектров пропускания TRAPPIST-1 b и, вероятно, других планет в системе. Активность центральной звезды может создавать «призрачные сигналы», которые могут обмануть наблюдателя, заставив его думать, что он обнаружил определенную молекулу в атмосфере экзопланеты.
Этот результат подчеркивает важность учета звездного загрязнения при планировании будущих наблюдений всех экзопланетных систем. Это особенно верно для таких систем, как TRAPPIST-1, поскольку она сосредоточена вокруг звезды красного карлика, которая может быть особенно активной со звездными пятнами и частыми вспышками. "Помимо загрязнения звездными пятнами и факелами, мы видели звездную вспышку - непредсказуемое событие, во время которого звезда выглядит ярче на протяжении от нескольких минут до часов", - сказал Лим. «Эта вспышка повлияла на наши измерения количества света, блокируемого планетой. Такие признаки звездной активности трудно смоделировать, но нам необходимо их учитывать, чтобы гарантировать правильную интерпретацию данных». Макдональд сыграл ключевую роль в моделировании воздействия звезды и поиске атмосферы в ходе наблюдений команды, запустив серию миллионов моделей для изучения всего спектра свойств холодных звездных пятен, активных областей горячих звезд и планетарных атмосфер, которые могли бы объяснить наблюдения JWST, которые наблюдали астрономы.
В то время как все семь планет TRAPPIST-1 были дразнящими кандидатами в поисках экзопланет размером с Землю с атмосферой, близость TRAPPIST-1 b к своей звезде означает, что она оказывается в более суровых условиях, чем ее братья и сестры. Он получает в четыре раза больше радиации, чем Земля, от Солнца, а температура поверхности составляет от 120 до 220 градусов по Цельсию. Однако если бы у TRAPPIST-1 b была атмосфера, ее было бы легче всего обнаружить и описать из всех целей в системе. Поскольку TRAPPIST-1 b — ближайшая планета к своей звезде и, следовательно, самая горячая планета в системе, ее транзит создает более сильный сигнал. Все эти факторы делают TRAPPIST-1 b важнейшим, но сложным объектом наблюдения. Чтобы учесть влияние звездного загрязнения, команда провела два независимых исследования атмосферы - метод определения типа атмосферы, присутствующей на TRAPPIST-1 b, на основе наблюдений. В первом подходе звездное загрязнение удалялось из данных перед их анализом. Во втором подходе, реализованном Макдональдом, звездное загрязнение и планетарная атмосфера моделировались и подгонялись одновременно.
В обоих случаях результаты показали, что спектры TRAPPIST-1 b могут быть хорошо сопоставлены только смоделированным звездным загрязнением. Это не предполагает никаких доказательств существования значительной атмосферы на планете. Такой результат остается очень ценным, поскольку он сообщает астрономам, какие типы атмосфер несовместимы с наблюдаемыми данными. Основываясь на собранных ими наблюдениях JWST, Лим и ее команда исследовали ряд моделей атмосферы TRAPPIST-1 b, изучая различные возможные составы и сценарии. Они обнаружили, что безоблачная и богатая водородом атмосфера исключена с высокой степенью уверенности. Это означает, что вокруг TRAPPIST-1 b, похоже, нет четкой протяженной атмосферы. Однако данные не могли с уверенностью исключить более тонкие атмосферы, например, состоящие из чистой воды, углекислого газа или метана, а также атмосферу, подобную атмосфере Титана, спутника Сатурна и единственной луны в Солнечной системе со значительной атмосферой. Эти результаты, первый спектр планеты TRAPPIST-1, в целом согласуются с предыдущими наблюдениями JWST дневной стороны TRAPPIST-1 b, видимой в одном цвете с помощью инструмента MIRI. Поскольку астрономы продолжают исследовать другие скалистые планеты на просторах космоса, эти результаты послужат основой для будущих программ наблюдений на JWST и других телескопах, способствуя более широкому пониманию экзопланетных атмосфер и их потенциальной обитаемости.
