Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) получил данные, указывающие на возможное наличие атмосферы у экзопланеты TRAPPIST-1e. Этот мир размером с Землю вращается в центре «обитаемой зоны» своей звезды, где температурные условия допускают существование жидкой воды на поверхности. Подтверждение наличия атмосферы станет первым подобным открытием для скалистой планеты в обитаемой зоне и ключевым шагом в поиске жизни за пределами Солнечной системы.
Система TRAPPIST-1, открытая в 2016 году, находится на расстоянии 41 светового года от Земли. Она состоит из семи скалистых планет, вращающихся вокруг небольшого холодного красного карлика. Температура поверхности звезды TRAPPIST-1 составляет около 2500°C, что значительно ниже температуры нашего Солнца (около 5600°C). Три планеты системы — TRAPPIST-1d, 1e и 1f — находятся в так называемой «зоне Златовласки», или обитаемой зоне.
Изучение планет у красных карликов имеет свои преимущества. Из-за низкой светимости звезды её обитаемая зона расположена гораздо ближе, что приводит к коротким орбитальным периодам планет. Это позволяет астрономам наблюдать множество транзитов — прохождений планеты на фоне диска звезды — за короткий промежуток времени. Кроме того, малый размер звезды усиливает сигнал от атмосферы планеты, так как она блокирует большую долю звёздного света.
Исследования, опубликованные в журнале Astrophysical Journal Letters, были проведены с использованием метода транзитной спектроскопии. Когда TRAPPIST-1e проходила перед своей звездой, инструмент NIRSpec на борту JWST анализировал свет, прошедший сквозь её потенциальную атмосферу. Газы в атмосфере поглощают свет на определённых длинах волн, оставляя уникальный химический отпечаток. Эти наблюдения являются частью систематического поиска атмосфер в системе TRAPPIST-1, который НАСА ведёт с 2022 года.
С июня по октябрь 2023 года телескоп «Джеймс Уэбб» провёл четыре наблюдения за транзитом TRAPPIST-1e. Основной сложностью стала высокая активность самой звезды. На её поверхности присутствуют горячие и холодные области, аналогичные солнечным пятнам, которые создают «звёздное загрязнение» — искажения в данных, которые можно ошибочно принять за сигнал от планеты.
Команде исследователей потребовалось больше года, чтобы тщательно проанализировать полученную информацию. Их работа заключалась в сложной задаче по отделению слабого сигнала, потенциально исходящего от атмосферы планеты, от мощного и переменчивого сигнала самой звезды TRAPPIST-1. Этот трудоёмкий процесс был необходим для получения достоверных предварительных результатов.
В настоящее время существуют два возможных объяснения полученных данных. Первое, наиболее интригующее, предполагает, что TRAPPIST-1e обладает так называемой «вторичной атмосферой», богатой тяжёлыми молекулами, такими как азот и метан. Вторая гипотеза гласит, что планета представляет собой голый скалистый шар без какой-либо газовой оболочки. Точности четырёх наблюдений пока недостаточно, чтобы окончательно исключить второй сценарий.
Это открытие контрастирует с результатами наблюдений за внутренними планетами системы. Исследования TRAPPIST-1b, TRAPPIST-1c и TRAPPIST-1d, проведённые ранее, указывают на то, что они, скорее всего, лишены атмосферы. Вероятно, их газовые оболочки были сорваны интенсивным излучением молодой звезды. Это делает потенциальное наличие атмосферы у более далёкой TRAPPIST-1e особенно значимым.
Работа по изучению системы продолжается. В настоящее время телескоп «Джеймс Уэбб» проводит новую серию наблюдений, которая включает ещё 15 транзитов TRAPPIST-1e. Основная цель этой расширенной кампании — более точно картировать активные области на поверхности звезды.
Понимание структуры и поведения звезды позволит учёным с высокой точностью вычесть её сигнал из общих данных. Это, в свою очередь, даст возможность выделить и проанализировать чистый спектр, принадлежащий исключительно атмосфере планеты, если она существует. Ожидается, что сбор новых данных будет завершён к концу 2025 года.
В течение следующих двух лет научное сообщество рассчитывает получить окончательный ответ на вопрос о наличии атмосферы у TRAPPIST-1e. В случае подтверждения, следующие шаги будут направлены на измерение концентрации парниковых газов, что позволит оценить реальные условия на планете и её потенциальную пригодность для жизни. Открытие скалистых миров в 2010-х годах телескопами Kepler и Tess стало прорывом, но именно JWST теперь может дать ответ, есть ли среди них обитаемые.
Изображение носит иллюстративный характер
Система TRAPPIST-1, открытая в 2016 году, находится на расстоянии 41 светового года от Земли. Она состоит из семи скалистых планет, вращающихся вокруг небольшого холодного красного карлика. Температура поверхности звезды TRAPPIST-1 составляет около 2500°C, что значительно ниже температуры нашего Солнца (около 5600°C). Три планеты системы — TRAPPIST-1d, 1e и 1f — находятся в так называемой «зоне Златовласки», или обитаемой зоне.
Изучение планет у красных карликов имеет свои преимущества. Из-за низкой светимости звезды её обитаемая зона расположена гораздо ближе, что приводит к коротким орбитальным периодам планет. Это позволяет астрономам наблюдать множество транзитов — прохождений планеты на фоне диска звезды — за короткий промежуток времени. Кроме того, малый размер звезды усиливает сигнал от атмосферы планеты, так как она блокирует большую долю звёздного света.
Исследования, опубликованные в журнале Astrophysical Journal Letters, были проведены с использованием метода транзитной спектроскопии. Когда TRAPPIST-1e проходила перед своей звездой, инструмент NIRSpec на борту JWST анализировал свет, прошедший сквозь её потенциальную атмосферу. Газы в атмосфере поглощают свет на определённых длинах волн, оставляя уникальный химический отпечаток. Эти наблюдения являются частью систематического поиска атмосфер в системе TRAPPIST-1, который НАСА ведёт с 2022 года.
С июня по октябрь 2023 года телескоп «Джеймс Уэбб» провёл четыре наблюдения за транзитом TRAPPIST-1e. Основной сложностью стала высокая активность самой звезды. На её поверхности присутствуют горячие и холодные области, аналогичные солнечным пятнам, которые создают «звёздное загрязнение» — искажения в данных, которые можно ошибочно принять за сигнал от планеты.
Команде исследователей потребовалось больше года, чтобы тщательно проанализировать полученную информацию. Их работа заключалась в сложной задаче по отделению слабого сигнала, потенциально исходящего от атмосферы планеты, от мощного и переменчивого сигнала самой звезды TRAPPIST-1. Этот трудоёмкий процесс был необходим для получения достоверных предварительных результатов.
В настоящее время существуют два возможных объяснения полученных данных. Первое, наиболее интригующее, предполагает, что TRAPPIST-1e обладает так называемой «вторичной атмосферой», богатой тяжёлыми молекулами, такими как азот и метан. Вторая гипотеза гласит, что планета представляет собой голый скалистый шар без какой-либо газовой оболочки. Точности четырёх наблюдений пока недостаточно, чтобы окончательно исключить второй сценарий.
Это открытие контрастирует с результатами наблюдений за внутренними планетами системы. Исследования TRAPPIST-1b, TRAPPIST-1c и TRAPPIST-1d, проведённые ранее, указывают на то, что они, скорее всего, лишены атмосферы. Вероятно, их газовые оболочки были сорваны интенсивным излучением молодой звезды. Это делает потенциальное наличие атмосферы у более далёкой TRAPPIST-1e особенно значимым.
Работа по изучению системы продолжается. В настоящее время телескоп «Джеймс Уэбб» проводит новую серию наблюдений, которая включает ещё 15 транзитов TRAPPIST-1e. Основная цель этой расширенной кампании — более точно картировать активные области на поверхности звезды.
Понимание структуры и поведения звезды позволит учёным с высокой точностью вычесть её сигнал из общих данных. Это, в свою очередь, даст возможность выделить и проанализировать чистый спектр, принадлежащий исключительно атмосфере планеты, если она существует. Ожидается, что сбор новых данных будет завершён к концу 2025 года.
В течение следующих двух лет научное сообщество рассчитывает получить окончательный ответ на вопрос о наличии атмосферы у TRAPPIST-1e. В случае подтверждения, следующие шаги будут направлены на измерение концентрации парниковых газов, что позволит оценить реальные условия на планете и её потенциальную пригодность для жизни. Открытие скалистых миров в 2010-х годах телескопами Kepler и Tess стало прорывом, но именно JWST теперь может дать ответ, есть ли среди них обитаемые.
