Уэбб позволяет исследователям использовать новый метод поиска атмосфер на далеких планетах

Астрономы Чикагского университета протестировали более простой и точный способ определения наличия атмосферы у экзопланет, что стало шагом вперед в изучении потенциальной обитаемости далеких планет. Выше представлено художественное представление того, как может выглядеть экзопланета земного типа GJ 1132 b. Автор: NASA, ESA, Robert L. Hurt (IPAC)

Основная цель астрономических исследований — найти планеты, отличные от Земли, которые могли бы быть пригодны для поддержания жизни. Существует ряд факторов, которые, по общему мнению многих ученых, являются существенными для того, чтобы планета была пригодной для жизни, но важным является наличие у планеты атмосферы.

Ученые обнаружили другие каменистые экзопланеты, похожие на Землю, но ни одна из них не имеет атмосферы. Обнаружение этих планет позволит нам лучше понять, как формируются и сохраняются такие атмосферы, и мы сможем лучше предсказать, какие планеты могут быть пригодны для жизни.

Исследование, проведенное аспирантом Чикагского университета Цяо Сюэ совместно с группой профессора Джейкоба Бина, продемонстрировало новый способ определения наличия атмосферы у далеких экзопланет и показало, что он проще и эффективнее предыдущих методов.

Новая техника, если ее применить к большему количеству планет, может помочь нам узнать больше о закономерностях формирования атмосферы. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

«Когда мы рассмотрим достаточно большой набор данных, как мы сделаем в этом году с космическим телескопом Джеймса Уэбба, мы надеемся обнаружить тенденции, которые помогут нам лучше понять формирование атмосферы и то, что делает планеты пригодными для жизни», — сказал Сюэ.

Поиск атмосферы

Поскольку ученые пытаются понять условия на других далеких планетах, они хотели бы узнать, есть ли у планеты атмосфера — газообразный слой, который изолирует планету и регулирует ее температуру. На Земле, например, наша атмосфера перераспределяет солнечное тепло по планете, сохраняя ее умеренным местом для жизни.

Однако ученые не могут напрямую визуализировать каменистые, похожие на Землю планеты вблизи своих звезд. Вместо этого они должны собирать воедино различные подсказки, такие как колебания света, когда планета движется вокруг своей звезды.

В исследовании ученые использовали метод, предложенный в 2019 году в сотрудничестве с Бин и Меган Мэнсфилд (Ph.D.'21, сейчас в Университете Аризоны) для поиска атмосфер. Подход использует разницу в температуре между экзопланетой, измеренной в ее самой горячей точке, и расчетной температурой того, насколько горячей она может быть теоретически.

Поскольку атмосферы рассеивают тепло по всей поверхности планет, они снижают температуру самой горячей стороны планеты (которая обращена непосредственно к звезде). Ученые выдвинули гипотезу, что если фактическая температура экзопланеты не такая высокая, как могла бы быть теоретически, то можно предположить, что у нее есть атмосфера, выполняющая эту функцию.

Проблема, однако, в том, что у нас не было достаточно точных инструментов, чтобы обеспечить достаточно точные показания для этих температур. Космический телескоп Джеймса Уэбба изменил это, предложив повышенную способность видеть в инфракрасном диапазоне, что позволяет ученым регистрировать температуры планет, измеряя интенсивность энергии, которую они излучают.

Когда экзопланеты проходят перед своими солнцами, они затмевают часть света звезды, что приводит к небольшому уменьшению измеренной яркости звезды. Когда планета появляется почти позади звезды относительно наших наблюдательных устройств, мы можем запечатлеть максимальную яркость системы, то есть незатененную звезду в сочетании со сравнительно минимальным светом, испускаемым планетой.

Когда планета проходит позади звезды относительно нашего взгляда, мы можем зарегистрировать свет, излучаемый звездой сам по себе. Вычитая это измерение света из измерения света звезды, объединенного со светом планеты, можно вывести яркость — и, следовательно, температуру — планеты как таковой.

Таким образом, Сюэ пришла к выводу, что первая планета, к которой она применила новый метод, планета GJ1132 b, не имеет атмосферы — измеренная температура планеты слишком близка к расчетной максимальной температуре, чтобы предполагать наличие какого-либо компонента, регулирующего температуру планеты. «Поэтому она не является подходящим кандидатом для жизни», — сказала она.

Новый метод — не единственный способ определить, есть ли у экзопланеты атмосфера, но это более простой и надежный способ поиска далеких планет с атмосферой. Сюэ объяснил, что он менее подвержен ложным отрицательным и положительным результатам, чем другой метод.

«Этот другой метод, измеряющий свет, проходящий через атмосферу планеты, более сложен, поскольку на его результаты могут влиять активность звезды и наличие облаков», — сказал Бин.

Если ученые смогут понять, что является причиной образования атмосфер на планетах, им будет легче исключить непригодные для жизни планеты в поисках экзопланет, на которых возможна жизнь.

«Это исследование было захватывающим, потому что я наконец получил возможность поработать с каменистыми планетами, которые являются предметом мечты каждого исследователя экзопланет, потому что они имеют огромный потенциал для жизни», — сказал Сюэ. «Теперь я так взволнован, что мне предстоит увидеть, что будет дальше».

Больше информации: Qiao Xue et al, JWST Thermal Emission of the Terrestrial Exoplanet GJ 1132b, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad72e9

Источник: University of Chicago