"Вебб" получил первые спектры планеты в близкой к нам системе TRAPPIST-1

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы получили новые данные о TRAPPIST-1 b - планете системы TRAPPIST-1, которая вращается ближе всего к своей звезде. Новые наблюдения позволяют понять, как звезда может влиять на наблюдение экзопланет в жилой зоне холодных звезд.

Об этом рассказывают в Мичиганском университете. Результаты исследования были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

"Наши наблюдения не обнаружили признаков атмосферы вокруг TRAPPIST-1 b. Это говорит о том, что планета может быть голым камнем, иметь облака высоко в атмосфере или очень тяжелые молекулы, такие как углекислый газ, которые делают атмосферу слишком незначительной, чтобы ее обнаружить", - сказал соавтор Райан Макдональд, астроном Мичиганского университета и стипендиат НАСА имени Сагана.

"Но что мы видим, так это то, что звезда является абсолютно самым большим эффектом, который доминирует в наших наблюдениях, и то же самое будет происходить с другими планетами в системе", - добавил он

Большая часть исследований команды была направлена на то, чтобы выяснить, насколько сильным является влияние звезды на наблюдения за планетами системы TRAPPIST-1.

"Если мы не поймем, как справиться со звездой сейчас, это значительно усложнит задачу, когда мы будем наблюдать за планетами в жилой зоне - TRAPPIST-1 d, e и f - чтобы увидеть любые атмосферные сигналы", - сказал Макдональд.

Перспективная экзопланетная система

Есть немало открытых экзопланет. Но система TRAPPIST-1 привлекла внимание ученых и любителей космоса после того, как в 2017 году было открыто семь ее экзопланет размером с Землю. Эти миры плотно упакованы вокруг своей звезды, гораздо меньшей и холоднее нашего Солнца, расположенной на расстоянии около 40 световых лет от Земли; причем три из них находятся в ее жилой зоне, поэтому подогрели надежды на поиск потенциально пригодной для жизни среды за пределами нашей Солнечной системы.

В исследовании, проведенном под руководством Оливии Лим из Института исследований экзопланет имени Троттье при Монреальском университете, для получения важных сведений о свойствах TRAPPIST-1 b использовался метод трансмиссионной спектроскопии. Анализируя свет звезды после прохождения его через атмосферу экзопланеты во время транзита, астрономы могут увидеть уникальный отпечаток, оставленный молекулами и атомами, находящимися в этой атмосфере.

Эти наблюдения были проведены с помощью прибора NIRISS (Визуализатор ближнего инфракрасного диапазона и бесщелевой спектрограф) на JWST.

Знай свою звезду, знай свою планету

Ключевым выводом исследования стало значительное влияние звездной активности и звездного загрязнения при попытке определить природу экзопланеты. Под звездным загрязнением понимают влияние на измерения атмосферы экзопланеты собственных особенностей звезды, таких как темные области, называемые пятнами, и яркие области, называемые факулами.

Команда нашла убедительные доказательства того, что звездное загрязнение играет решающую роль в формировании спектров пропускания TRAPPIST-1 b и, вероятно, других планет этой системы. Активность центральной звезды может создавать "призрачные сигналы", которые могут обмануть наблюдателя, заставив его думать, что он обнаружил ту или иную молекулу в атмосфере экзопланеты.

Этот результат подчеркивает важность учета звездного загрязнения при планировании будущих наблюдений всех экзопланетных систем. Это особенно актуально для таких систем, как TRAPPIST-1, поскольку исследование касается звезды-красного карлика, которая может быть особенно активной со звездными пятнами и вспышками.

"В дополнение к загрязнению от звездных пятен и факулов мы наблюдали вспышку на звезде - непредсказуемое событие, во время которого звезда выглядит ярче в течение нескольких минут или часов", - рассказывает Лим. "Эта вспышка повлияла на наши измерения количества света, блокируемого планетой. Такие признаки звездной активности трудно моделировать, но нам необходимо учитывать их, чтобы правильно интерпретировать данные".

Макдональд сыграл важную роль в моделировании влияния звезды и поиска атмосферы в наблюдениях команды, запустив серию из миллионов моделей, чтобы изучить весь спектр свойств холодных звездных пятен, горячих активных областей звезд и планетарных атмосфер, которые могли бы объяснить наблюдения JWST, виденные астрономами.

Отсутствие существенной атмосферы на TRAPPIST-1 b

Хотя все семь планет TRAPPIST-1 были привлекательными кандидатами в поисках экзопланет земного размера с атмосферой, близость TRAPPIST-1 b к своей звезде означает, что она находится в более суровых условиях, чем ее собратья. Она получает от звезды вчетверо больше излучения, чем Земля от Солнца, и имеет температуру поверхности от 120 до 220 градусов Цельсия.

Однако, если бы у TRAPPIST-1 b была атмосфера, то среди всех объектов системы ее было бы легче всего обнаружить и описать. Поскольку TRAPPIST-1 b - ближайшая к своей звезде планета и, соответственно, самая горячая планета в системе, ее транзит создает более сильный сигнал. Все эти факторы делают TRAPPIST-1 b важнейшим и одновременно сложным объектом для наблюдений.

Для учета влияния звездного загрязнения команда провела два независимых атмосферных поиска - метод определения типа присутствующей на TRAPPIST-1 b атмосферы на основе наблюдений. В первом подходе звездное загрязнение удалялось из данных перед проведением анализа. Во втором подходе, проведенном Макдональдом, звездное загрязнение и планетарная атмосфера моделировались и подгонялись одновременно.

В обоих случаях результаты показали, что спектры TRAPPIST-1 b хорошо согласуются только с моделированием звездного загрязнения. Это говорит об отсутствии признаков наличия у планеты атмосферы. Такой результат остается очень ценным, поскольку он подсказывает астрономам, какие типы атмосфер несовместимы с наблюдаемыми данными.

На основе собранных наблюдений JWST Лим и ее коллеги изучили ряд моделей атмосфер для TRAPPIST-1 b, рассмотрев различные возможные составы и сценарии. Они пришли к выводу, что безоблачные, богатые водородом атмосферы исключены с высокой степенью достоверности. Это означает, что вокруг TRAPPIST-1 b, по-видимому, нет четкой протяженной атмосферы.

Однако полученные данные не позволяют с уверенностью исключить наличие более тонких атмосфер, например, состоящих из чистой воды, углекислого газа или метана, а также атмосферу, подобную атмосфере Титана - спутника Сатурна и единственного спутника в Солнечной системе, имеющего существенную атмосферу. Полученные результаты - первый спектр планеты в TRAPPIST-1 - в целом согласуются с предыдущими наблюдениями JWST дневной стороны TRAPPIST-1 b, выполненными в одном цвете с помощью прибора MIRI.

Поскольку астрономы продолжают исследовать другие каменистые планеты на просторах космоса, полученные результаты будут использованы в будущих программах наблюдений на JWST и других телескопах, что позволит расширить представление об атмосферах экзопланет и их потенциальной жизнепригодности.

стаття українською мовою