Астрономы обнаружили удивительный ледяной мир в обитаемой зоне с помощью данных JWST

Умеренная экзопланета LHS 1140 b может представлять собой мир, полностью покрытый льдом (слева), похожий на спутник Юпитера Европу, или ледяной мир с жидким субзвездным океаном и облачной атмосферой (в центре). LHS 1140 b в 1,7 раза больше нашей планеты Земля (справа) и является наиболее многообещающей экзопланетой с обитаемой зоной на данный момент в наших поисках жидкой воды за пределами Солнечной системы. Автор: B. Gougeon/Université de Montréal

Команда астрономов определила экзопланету умеренного климата как многообещающий суперземный ледяной или водный мир.

Данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) были собраны в декабре 2023 года и добавлены к предыдущим данным других космических телескопов Спитцер, Хаббл и TESS, чтобы закрепить этот результат, принятый к публикации в The Astrophysical Journal Letters на этой неделе и в настоящее время доступный на Сервер препринтов arXiv.

«Это первый раз, когда мы когда-либо видели намек на атмосферу на обитаемой зоне каменистой или богатой льдом экзопланеты. Обнаружение атмосферы на маленьких скалистых мирах является основной целью JWST, но эти сигналы гораздо труднее увидеть, чем для атмосферы гигантских планет», — сказал Райан Макдональд, научный сотрудник НАСА Сагана на факультете астрономии UM, который сыграл ключевую роль в анализе атмосферы LHS 1140 b.

«LHS 1140 b — одна из лучших маленьких экзопланет в обитаемой зоне, способная поддерживать плотную атмосферу, и мы, возможно, только что нашли доказательства присутствия воздуха в этом мире».

LHS 1140 b, потенциальный обитаемый мир

LHS 1140 b, экзопланета, вращающаяся вокруг звезды красного карлика малой массы, примерно в одну пятую размера Солнца, очаровала ученых, поскольку она является одной из самых близких к Солнечной системе экзопланет, находящихся в обитаемой зоне своей звезды. Экзопланеты, обнаруженные в этой «Зоне Златовласки», имеют температуру, которая позволяет воде существовать на них в жидкой форме, важнейшем элементе для жизни, какой мы ее знаем на Земле.

Один из важнейших вопросов, касающихся LHS 1140 b, заключался в том, является ли это экзопланетой типа мини-Нептуна или супер-Землей — каменистой или богатой водой планетой, размер которой больше Земли.

«Из всех известных на данный момент экзопланет умеренного пояса LHS 1140 b вполне может быть нашим лучшим выбором, чтобы однажды косвенно подтвердить жидкую воду на поверхности чужеродного мира за пределами нашей солнечной системы», — сказал Шарль Кадье, ведущий автор научной статьи и аспирант. в Университете Монреаля. «Это станет важной вехой в поисках потенциально обитаемых экзопланет».

Данные JWST приводят к новым знаниям

Анализ наблюдений команды категорически исключил сценарий мини-Нептуна, поскольку имеются данные, свидетельствующие о том, что экзопланета LHS 1140 b является суперземлей, которая может даже иметь богатую азотом атмосферу, подобную земной. Однако команда предупреждает, что для подтверждения присутствия газообразного азота потребуются дополнительные наблюдения с помощью наблюдений JWST.

Оценки, основанные на всех накопленных данных, показывают, что LHS 1140 b менее плотная, чем ожидалось, для каменистой планеты с земным составом, что позволяет предположить, что от 10 до 20% ее массы может состоять из воды. Это открытие указывает на то, что LHS 1140 b является убедительным кандидатом на водный мир, вероятно, напоминающий снежный ком или ледяную планету с потенциальным жидким океаном в субзвездной точке или область поверхности планеты, которая всегда будет обращена к звезде-хозяину системы из-за синхронному вращению планеты (так же, как земная Луна).

Возможное наличие атмосферы и океана

Макдональд провел анализ восстановления атмосферы, который показал, что LHS 1140 b имеет богатую азотом атмосферу, потенциально похожую на атмосферу Земли, которая на 78% состоит из азота. Хотя это пока лишь предварительный результат, наличие богатой азотом атмосферы предполагает, что на планете сохранилась значительная атмосфера, создающая условия, которые могут поддерживать жидкую воду.

Это открытие делает сценарий водного мира/снежного кома наиболее правдоподобным. Текущие модели показывают, что если бы LHS 1140 b имела атмосферу, подобную земной, это была бы планета-снежок с океаном в форме яблони диаметром около 4000 километров, что эквивалентно половине площади поверхности Атлантического океана. Температура поверхности в центре этого инопланетного океана может достигать комфортных 20 градусов по Цельсию.

Потенциальная атмосфера LHS 1140 b и благоприятные условия для жидкой воды делают ее исключительным кандидатом для будущих исследований обитаемости. Эта планета предоставляет уникальную возможность изучить мир, в котором могла бы поддерживаться жизнь, учитывая ее положение в обитаемой зоне и вероятность существования атмосферы, способной сохранять тепло и поддерживать стабильный климат.

«Это наш первый дразнящий взгляд на атмосферу на суперЗемле в обитаемой зоне. По сравнению с другими известными экзопланетами обитаемой зоны, например, в системе TRAPPIST-1, звезда LHS 1140 кажется более спокойной и менее активной, что делает ее более спокойной и менее активной. значительно проще отделить атмосферу LHS 1140 b от звездных сигналов, вызванных звездными пятнами», — сказал Макдональд.

«Наша первоначальная разведка LHS 1140 b с помощью JWST показала, что это, пожалуй, лучшая экзопланета с обитаемой зоной, известная в настоящее время по характеристикам атмосферы. Хотя нам нужно больше наблюдений JWST, чтобы подтвердить наличие богатой азотом атмосферы и искать другие газы, это очень многообещающее начало».

Больше информации: Charles Cadieux et al, Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Exoplanet LHS 1140 b with JWST/NIRISS, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2406.15136

Источник: University of Montreal