У экзопланеты TRAPPIST-1 d не обнаружено землеподобной атмосферы

Художественное представление планеты TRAPPIST-1 d, проходящей перед своей турбулентной звездой, с другими членами плотно упакованной системы на заднем плане. Автор: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Экзопланета TRAPPIST-1 d привлекает внимание астрономов, ищущих потенциально обитаемые миры за пределами нашей Солнечной системы, поскольку она схожа по размеру с Землей, имеет каменистую поверхность и находится в зоне, где теоретически возможно существование жидкой воды на поверхности. Однако, согласно новому исследованию с использованием данных космического телескопа NASA/ESA/CSA James Webb, у этой планеты нет землеподобной атмосферы.

Защитная атмосфера, дружелюбное солнце и обилие жидкой воды — Земля действительно особенная планета. Используя беспрецедентные возможности телескопа Webb, астрономы пытаются понять, насколько уникальна и редка наша родная планета. Может ли подобная умеренная среда существовать где-то еще, даже вокруг звезды другого типа? Система TRAPPIST-1 предоставляет интригующую возможность изучить этот вопрос, так как содержит семь планет земного размера, вращающихся вокруг самого распространенного типа звезд в галактике — красного карлика.

«В конечном счете, мы хотим понять, может ли где-то существовать среда, подобная той, что есть на Земле, и при каких условиях. Хотя телескоп James Webb впервые дает нам возможность исследовать этот вопрос на примере планет земного размера, сейчас мы можем исключить TRAPPIST-1 d из списка потенциальных двойников или «родственников» Земли», — заявила Каролин Пиоле-Гораеб из Чикагского университета и Троттьеровского института исследований экзопланет (IREx) при Университете Монреаля, ведущий автор исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal.

Планета TRAPPIST-1 d

Система TRAPPIST-1 находится на расстоянии 40 световых лет от нас и в 2017 году была признана рекордсменом по количеству каменистых планет земного размера вокруг одной звезды благодаря данным снятого с эксплуатации космического телескопа Spitzer и других обсерваторий.

Поскольку звезда TRAPPIST-1 — тусклый и относительно холодный красный карлик, «обитаемая зона» — область, где температура планеты может быть подходящей для существования жидкой воды на поверхности — находится гораздо ближе к звезде, чем в нашей Солнечной системе. TRAPPIST-1 d, третья планета от красного карлика, находится на границе этой зоны, но ее расстояние до звезды составляет всего 2% от расстояния Земли до Солнца. Год на TRAPPIST-1 d длится всего четыре земных дня.

Прибор NIRSpec (ближний инфракрасный спектрограф) телескопа Webb не обнаружил в атмосфере TRAPPIST-1 d молекул, характерных для земной атмосферы, таких как вода, метан или углекислый газ. Однако Пиоле-Гораеб отметила несколько возможных объяснений, которые еще предстоит изучить.

«Есть несколько возможных причин, почему мы не обнаружили атмосферу у TRAPPIST-1 d. У нее может быть очень тонкая атмосфера, которую трудно зафиксировать, как у Марса. Либо она может обладать очень плотными высокими облаками, которые блокируют обнаружение определенных атмосферных сигнатур — как у Венеры. Или же это просто безжизненная скала без какой-либо атмосферы», — пояснила Пиоле-Гораеб.

Система TRAPPIST-1 состоит из семи планет земного размера, вращающихся вокруг красного карлика. Автор: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Звезда TRAPPIST-1

Каким бы ни был случай с TRAPPIST-1 d, жизнь планеты на орбите красного карлика непроста. Звезда TRAPPIST-1 известна своей нестабильностью, часто испуская вспышки высокоэнергетического излучения, способные лишить атмосферы свои небольшие планеты, особенно те, что находятся ближе всего.

Тем не менее, ученые продолжают искать признаки атмосфер у планет системы TRAPPIST-1, поскольку красные карлики — самые распространенные звезды в нашей галактике. Если планеты могут удерживать атмосферу в таких условиях, под воздействием жесткого звездного излучения, то, как говорится, они смогут сделать это где угодно.

«Чувствительные инфракрасные приборы Webb позволяют нам впервые изучить атмосферы этих более мелких и холодных планет. Мы только начинаем использовать Webb для поиска атмосфер у планет земного размера и определения границы между планетами, способными удерживать атмосферу, и теми, которые не могут», — отметил Бьорн Бенеке из IREx при Университете Монреаля, соавтор исследования.

Внешние планеты TRAPPIST-1

Наблюдения Webb за внешними планетами системы TRAPPIST-1 продолжаются, и они таят как потенциал, так и риски. С одной стороны, планеты e, f, g и h могут иметь больше шансов обладать атмосферой, поскольку находятся дальше от активных вспышек своей звезды. Однако их удаленность и более холодная среда затруднят обнаружение атмосферных сигнатур даже для инфракрасных приборов Webb.

«Не все потеряно для атмосфер планет системы TRAPPIST-1. Хотя мы не обнаружили явных признаков атмосферы у планеты d, у внешних планет все еще может быть много воды и других атмосферных компонентов», — сказала Пиоле-Гораеб.

«Наша детективная работа только начинается. Если TRAPPIST-1 d окажется безжизненной скалой под лучами жестокого красного карлика, то внешние планеты TRAPPIST-1e, f, g и h могут обладать плотными атмосферами», — добавил Райан Макдональд, соавтор исследования, ныне работающий в Университете Сент-Эндрюс в Великобритании. «Благодаря Webb мы теперь знаем, что TRAPPIST-1 d далека от гостеприимного мира. Мы узнаем, что Земля еще более уникальна в космосе».

Дополнительная информация: Caroline Piaulet-Ghorayeb et al, Strict Limits on Potential Secondary Atmospheres on the Temperate Rocky Exo-Earth TRAPPIST-1 d, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adf207

Источник: European Space Agency