Дорожная карта исследования экзопланет с помощью телескопа Джеймса Уэбба

Новая пошаговая дорожная карта описывает, как повысить эффективность сбора данных с помощью JWST, чтобы принести пользу астрономическому сообществу в целом. «Теперь мы надеемся, что крупномасштабные усилия сообщества, руководствуясь дорожной картой, могут быть инициированы для своевременного получения результатов», — говорит доцент Массачусетского технологического института Жюльен де Вит. Автор: NASA/JPL-Caltech

Запуск космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) НАСА в 2021 году положил начало новой захватывающей эре в исследованиях экзопланет, особенно для ученых, изучающих планеты земной группы, вращающиеся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца. Но через три года после начала миссии телескопа некоторые учёные столкнулись с проблемами, которые замедлили прогресс.

В недавней статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, Инициатива сообщества TRAPPIST-1 JWST излагает пошаговую дорожную карту для преодоления проблем, с которыми они столкнулись при изучении системы TRAPPIST-1, путем повышения эффективности сбора данных на благо астрономического сообщества. в целом.

Сделка «два по цене одного»

Расположенная на расстоянии 41 светового года от Земли система TRAPPIST-1 с семью планетами предоставляет уникальную возможность изучить большую систему с множеством планет различного состава, похожую на нашу собственную Солнечную систему.

«Это цель мечты: у вас есть не одна, а, возможно, три планеты в обитаемой зоне, так что у вас есть возможность реально сравнить их в одной и той же системе», — говорит Рене Дойон из Университета Монреаля, который руководил исследованием совместно с де Вит. «Существует лишь несколько хорошо изученных каменистых планет умеренного пояса, для которых мы можем надеяться обнаружить их атмосферу, и большинство из них находятся в системе TRAPPIST-1».

Астрономы, такие как де Вит и Дойон, изучают атмосферу экзопланет с помощью метода, называемого трансмиссионной спектроскопией, где они смотрят, как звездный свет проходит через потенциальную атмосферу планеты, чтобы увидеть, какие элементы там присутствуют. Спектры пропускания собираются, когда планета проходит перед своей звездой.

Звездное загрязнение

Звезды неоднородны; их поверхности могут иметь разную температуру, создавая пятна, которые могут быть более горячими или более холодными. Молекулы, такие как водяной пар, могут конденсироваться в холодных местах и мешать спектру пропускания. Подобную звездную информацию бывает трудно отделить от планетарного сигнала, и она дает ложные сведения о составе атмосферы планеты, создавая так называемое «звездное загрязнение». Хотя это часто игнорировалось, улучшенные возможности JWST выявили проблемы, которые создает звездное загрязнение при изучении планетарных атмосфер.

Ученый-исследователь EAPS Бен Рэкхем столкнулся с этими проблемами, когда они помешали его докторской диссертации. исследования малых экзопланет с помощью Магелланова телескопа в Чили. Теперь он сталкивается с той же проблемой, с которой впервые столкнулся, будучи аспирантом, повторяющейся с новыми данными JWST.

«Как мы и предсказывали из предыдущей работы с данными наземных телескопов, самые первые спектральные сигнатуры, которые мы получаем с помощью JWST, на самом деле не имеют никакого смысла с точки зрения планетарной интерпретации», — говорит он. «Функции не такие, как мы ожидали увидеть, и они меняются от транзита к транзиту».

Рэкхем и Дэвид Берардо, постдок в EAPS, работали с де Витом над способами коррекции звездного загрязнения, используя два разных метода: улучшение моделей звездных спектров и использование прямых наблюдений для получения поправок.

«Наблюдая за вращающейся звездой, мы можем использовать чувствительность JWST, чтобы получить более четкое представление о том, как выглядит ее поверхность, что позволит более точно измерить атмосферу планет, проходящих через нее», — говорит Берардо. Это, в сочетании с изучением последовательных транзитов, как предложено в дорожной карте, собирает полезные данные о звезде, которые можно использовать для фильтрации звездного загрязнения как из будущих, так и из прошлых исследований.

За пределами TRAPPIST-1

Текущая дорожная карта родилась в результате усилий Инициативы сообщества TRAPPIST JWST по объединению отдельных программ, ориентированных на отдельные планеты, что не позволяло им использовать оптимальные окна наблюдения за транзитом.

«Мы сразу поняли, что эта попытка «потребует целой деревни», чтобы избежать ловушек эффективности небольших программ наблюдения», — говорит де Вит. «Теперь мы надеемся, что крупномасштабные усилия сообщества, руководствуясь дорожной картой, могут быть инициированы для своевременного получения результатов».

Де Вит надеется, что это может привести к выявлению обитаемых миров вокруг TRAPPIST-1 в течение десятилетия.

И де Вит, и Дойон считают, что система TRAPPIST-1 — лучшее место для проведения фундаментальных исследований атмосфер экзопланет, которые будут распространяться на исследования в других системах. Дойон считает, что «система TRAPPIST-1 будет полезна не только для самой TRAPPIST-1, но и для того, чтобы научиться делать очень точную коррекцию звездной активности, что будет полезно для многих других программ трансмиссионной спектроскопии, также затронутых звездной активностью».

«У нас есть фундаментальные и преобразующие ответы с четкой дорожной картой», — говорит де Вит. «Нам просто нужно усердно следовать этому».

Больше информации: TRAPPIST-1 JWST Community Initiative, A roadmap for the atmospheric characterization of terrestrial exoplanets with JWST, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02298-5

Источник: Massachusetts Institute of Technology