Космический телескоп «Джеймс Уэбб» сужает круг возможных атмосфер для экзопланеты размером с Землю TRAPPIST-1 d

Экзопланета TRAPPIST-1 d интригует астрономов, которые ищут потенциально обитаемые миры за пределами Солнечной системы, потому что она похожа по размеру на Землю, состоит из твёрдых пород и находится в зоне вокруг своей звезды, где теоретически возможна жидкая вода на поверхности. Но, согласно новому исследованию, проведённому с использованием данных космического телескопа Джеймса Уэбба, принадлежащего NASA, ESA и CSA, у неё нет атмосферы, похожей на земную.

Используя беспрецедентные возможности телескопа «Джеймс Уэбб», астрономы пытаются определить, насколько особенной и редкой является наша родная планета. Может ли такая умеренная среда существовать где-то ещё, даже вокруг звезды другого типа? Система TRAPPIST-1 предоставляет прекрасную возможность изучить этот вопрос, поскольку в ней есть семь планет размером с Землю, вращающихся вокруг самого распространённого типа звёзд в галактике — красного карлика.

«В конечном счёте мы хотим знать, может ли что-то похожее на окружающую среду, которой мы наслаждаемся на Земле, существовать где-то ещё и при каких условиях. Хотя космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые даёт нам возможность изучить этот вопрос на примере планет размером с Землю, на данный момент мы можем исключить TRAPPIST-1 d из списка потенциальных двойников или родственников Земли», — сказала Кэролайн Пиоль-Горайеб из Чикагского университета и Института исследований экзопланет Троттье (IREx) при Монреальском университете.

Планета TRAPPIST-1 d

Система TRAPPIST-1 расположена на расстоянии 40 световых лет от нас и в 2017 году была признана рекордсменом по количеству каменистых планет размером с Землю, вращающихся вокруг одной звезды, благодаря данным, полученным с выведенного из эксплуатации космического телескопа НАСА «Спитцер» и других обсерваторий. Из-за того, что эта звезда является тусклым, относительно холодным красным карликом, «зона обитаемости» — область, где температура на планете может быть подходящей для существования жидкой воды на поверхности, — находится гораздо ближе к звезде, чем в нашей Солнечной системе. TRAPPIST-1 d, третья планета от красного карлика, находится на границе этой умеренной зоны, но при этом расстояние от неё до звезды составляет всего 2 % от расстояния от Земли до Солнца. TRAPPIST-1 d совершает полный оборот вокруг своей звезды, свой год, всего за четыре земных дня.

Прибор NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) телескопа «Уэбб» не обнаружил в атмосфере TRAPPIST-1 d молекул, которые часто встречаются в атмосфере Земли, таких как вода, метан или углекислый газ. Однако Пиоль-Горайеб обозначила несколько возможных вариантов для экзопланеты, которые требуют дальнейшего изучения.

«Есть несколько возможных причин, по которым мы не обнаруживаем атмосферу вокруг TRAPPIST-1 d. У него может быть очень тонкая атмосфера, которую трудно обнаружить, как у Марса. Или же у него могут быть очень плотные высотные облака, которые блокируют обнаружение определённых атмосферных признаков, как у Венеры. Или же это может быть бесплодная скала без какой-либо атмосферы», — сказала Пиоль-Горайеб.

Звезда TRAPPIST-1

Независимо от того, как обстоят дела с TRAPPIST-1 d, быть планетой на орбите красного карлика непросто. Известно, что TRAPPIST-1, звезда, вокруг которой вращается система, нестабильна и часто испускает вспышки высокоэнергетического излучения, которые могут лишить атмосферы её маленькие планеты, особенно те, что находятся ближе всего. Тем не менее учёные стремятся найти признаки атмосферы на планетах TRAPPIST-1, потому что красные карлики — самые распространённые звёзды в нашей галактике. Если планеты могут удерживать атмосферу здесь, под воздействием жёсткого звёздного излучения, то, как говорится, они могут выжить где угодно.

«Чувствительные инфракрасные приборы Уэбба позволяют нам впервые заглянуть в атмосферу этих более мелких и холодных планет», сказал Бьёрн Беннеке из IREx Монреальского университета, соавтор исследования. «Мы только начинаем использовать Уэбб для поиска атмосфер на планетах размером с Землю и для определения границы между планетами, которые могут удерживать атмосферу, и теми, которые не могут».

Внешние планеты TRAPPIST-1

Продолжаются наблюдения «Уэбба» за внешними планетами TRAPPIST-1, которые таят в себе как потенциал, так и опасность. С одной стороны, по словам Беннеке, у планет e, f, g и h больше шансов иметь атмосферу, потому что они находятся дальше от энергетических выбросов своей звезды. Однако из-за их удалённости и более низкой температуры окружающей среды обнаружить атмосферные признаки будет сложнее даже с помощью инфракрасных инструментов «Уэбба».

«Не стоит терять надежду на наличие атмосферы вокруг планет TRAPPIST-1», — сказала Пиоль-Горайеб. «Хотя мы не обнаружили явных признаков наличия атмосферы на планете d, у внешних планет всё ещё есть потенциал для сохранения большого количества воды и других атмосферных компонентов».

«Наша детективная работа только начинается. Хотя TRAPPIST-1 d может оказаться бесплодной скалой, освещаемой жестокой красной звездой, внешние планеты TRAPPIST-1e, f, g и h всё же могут иметь плотную атмосферу, добавил Райан Макдональд, соавтор статьи, который сейчас работает в Сент-Эндрюсском университете в Великобритании, а ранее — в Мичиганском университете. ks благодаря Уэббу мы теперь знаем, что TRAPPIST-1 d далёк от гостеприимного мира. Мы узнаём, что Земля занимает ещё более особое место в космосе.

Источник: НАСА, ЕКА, Канадское космическое агентство, Дж. Олмстед (STScI)

На изображении:

Иллюстрация планеты, силуэтом выделяющейся на фоне звезды. На одной стороне звезды видно крупное извержение, а из её южного полушария вырываются красные языки пламени. На заднем плане видны ещё две планеты