В Science вышло исследование, впервые сообщающее об обнаружении признаков атмосферы у каменистой экзопланеты в обитаемой зоне красного карлика

До сих пор не было известно, могут ли около красных карликов миллиардами лет существовать планеты с атмосферой – ведь красные карлики гораздо активней желтых, подобных Солнцу, - их высокоэнергетическое излучение может вызывать утечку атмосферы с близко расположенных планет. Это важный для обнаружения инопланетной жизни вопрос, ведь красные карлики это намного более распространенный тип звезд, чем все прочие вместе взятые, – в нашей галактике их 75%.

Обнаружить у экзопланеты атмосферу – задача нетривиальная. Сами-то экзопланеты научились находить сравнительно недавно, благодаря орбитальным телескопам, специально созданным для этой цели – «Кеплеру» и пришедшему ему на смену TESS. На сегодняшний день достоверно определено более 8000 экзопланет, и еще примерно столько же кандидатов в планеты ожидают подтверждения своего статуса. Поначалу находят те планеты, которые легче обнаружить – большие и массивные. По большей части это газовые гиганты, подобные Юпитеру и Сатурну, только многие из них вращаются очень близко к своим звездам.

Около четверти подтвержденных планет это суперземли – каменистые планеты, только в 2-10 раз больше Земли. Опять же, не потому, что планет поменьше мало, а потому что их труднее заметить. У двух ближайших к нам звезд за последние годы обнаружили по маленькой планете близких к Земле размеров, - а значит, они тоже вполне обычны.

Но реальные изображения сумели получить лишь для сотни планет, и даже планеты-гиганты на таких снимках – просто бесструктурные пятнышки. Как тут разглядеть атмосферу?

Одно из решений придумал Коллин Херувим, планетолог из Гарвардского университета. Он создал модель эволюции атмосферы планет с течением времени, которая, в частности, предсказывает, как более легкие элементы, водород и гелий, стремятся подняться во внешнюю атмосферу планеты и первыми испаряются под воздействием тепла и вспышек звезды-хозяина. Чтобы обнаружить улетевший гелий, команда Херувима использовала 6,5-метровые телескопы «Магеллан» в Чили, на которых недавно был установлен новый спектрометр высокого разрешения.

Телескоп навели на относительно хорошо изученную и относительно близкую к нам суперземлю LHS 1140b, вращающуюся в обитаемой зоне (то есть не слишком далеко и не слишком близко к своей звезде, чтоб вода не замерзла и не испарилась) красного карлика в 49 световых годах от Земли. Про эту планету уже знали, что ее плотность ниже земной. Это означает, что она, вероятно, имеет значительную атмосферу или покрыта водой, или льдом, а может все это вместе. Модель Херувима предсказывает, что верхние слои суперземли со значительной атмосферой будут преимущественно состоять из гелия, постепенно утекающего в космос.

И гелий нашелся. В 2024 году команда наблюдала как LHS 1140b и другая, меньшая и более близкая к звезде планета, LHS 1140c, прошли перед своей звездой. Когда большая планета проходила перед звездой, исследователи увидели, как яркость звездного света уменьшается на длине волны, которая поглощается гелием. Когда меньшая планета проходила перед звездой, такого сигнала не наблюдали.

Планете LHS 1140b уже миллиарды лет, и значит, ура, – планеты вокруг красных карликов могут долго удерживать атмосферу! Вот только картинку подпортило то, что на следующий год при аналогичных наблюдениях утечки гелия не обнаружили. И дело, видимо, не в погрешностях измерения, оба измерения точны. Ученые предполагают, что потеря гелия меняется со временем, и надеются, что ситуацию прояснят следующие наблюдения. А они непременно будут – многие исследовательские группы пристально изучают LHS 1140b, надеясь, что в нижних слоях ее атмосферы могут скрываться азот и углекислый газ, как на Земле, - и если они вызывают парниковый эффект, внизу могут быть теплые океаны, роскошные пляжи, девушки…