Дослідники використовували космічний телескоп Джеймса Вебба, щоб виміряти температуру найглибшої планети в системі TRAPPIST-1, проливаючи більше світла на здатність таких планет підтримувати життя.
TRAPPIST-1 — це ультрахолодна червона карликова зірка (або М-карлик), ледь більша за Юпітер, розташована на відстані близько 40 світлових років від нас, навколо якої обертається сім екзопланет розміром із Землю. Він приблизно вдвічі старший за нашу Сонячну систему, що робить його ідеальним для вивчення формування та еволюції планет земної групи.
Найвнутрішніша з відомих скелястих екзопланет системи, TRAPPIST-1 b, трохи більша за Землю, але має таку ж щільність. Хоча вона не входить до «зони проживання» системи, як планети e, f і g, вона все одно може надати важливу інформацію про інші планети в системі TRAPPIST-1 та інших системах М-карликів.
Міжнародна група дослідників використала космічний телескоп NASA James Webb (JWST), щоб уважніше розглянути TRAPPIST-1 b, щоб визначити, чи є на планеті атмосфера, з метою застосування отриманої інформації до придатності для життя інших екзопланет.
«Якщо ми хочемо зрозуміти можливість проживання навколо зірок M, система TRAPPIST-1 є чудовою лабораторією», — сказала Ельза Дюкро, співавтор дослідження. «Це найкращі об’єкти, які ми маємо для вивчення атмосфери кам’янистих планет».
Одним із факторів, що визначають придатність планети до життя, є наявність атмосфери. Попередні спостереження TRAPPIST-1 b за допомогою космічних телескопів Hubble і Spitzer не виявили доказів пухкої атмосфери – значно більшої, ніж очікувалося, – але не можна було виключити наявність щільної. Шукаючи відповідь на питання про атмосферу, дослідницька група виміряла температуру планети.
«Ця планета припливно замкнена, одна сторона її весь час звернена до зірки, а інша — у постійній темряві», — сказав П’єр-Олів’є Лагаж, один із авторів дослідження. «Якщо в ньому є атмосфера для циркуляції та перерозподілу тепла, вдень буде прохолодніше, ніж без атмосфери».
TRAPPIST-1 b не випромінює власне видиме світло, оскільки воно недостатньо гаряче, але випромінює інфрачервоне світіння. Використовуючи інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) JWST, дослідники змогли розрахувати кількість тепла, що виділяється планетою у вигляді інфрачервоного світла.
«Ці спостереження дійсно використовують переваги середньої інфрачервоної здатності Вебба», — сказав Томас Грін, провідний автор дослідження. «Жоден попередній телескоп не мав такої чутливості, щоб виміряти таке тьмяне світло середнього інфрачервоного діапазону».
Вони виявили, що денна температура TRAPPIST-1 b становить близько 500 Кельвінів (приблизно 450°F або 227°C), що свідчить про те, що на планеті мало атмосфери або вона зовсім відсутня.
Це перший випадок, коли дослідники змогли виявити будь-яку форму світла, випромінюване екзопланетою, такою ж маленькою та холодною, як кам’янисті планети в нашій Сонячній системі. Для дослідницької групи це важливий крок до виявлення того, чи можуть планети в системі TRAPPIST-1 і подібні до них підтримувати атмосферу, яка підтримує життя.
Дослідники досягли ще однієї важливої віхи: виявлення вторинного затемнення. Під час вторинного затемнення планета проходить позаду зірки, блокуючи світло від планети. MIRI вимірював зміну яскравості від системи, коли TRAPPIST-1 b рухався за зіркою.
Дані п’яти окремих вторинних затемнень були проаналізовані та порівняні з комп’ютерними моделями, які показують, якою має бути температура в різних сценаріях.
«Результати майже ідеально відповідають чорному тілу, зробленому з голої скелі та відсутності атмосфери для циркуляції тепла», — сказав Дюкро. «Ми також не помітили жодних ознак поглинання світла вуглекислим газом, які були б очевидні в цих вимірюваннях».
Чорне тіло – це об’єкт, який поглинає все падаюче на нього випромінювання. Він не відбиває та не пропускає світло, а також не дозволяє світлу проходити крізь нього та виходити на іншу сторону. Енергія, яку поглинає чорне тіло, нагріває його, змушуючи його випромінювати власне випромінювання. Температура — єдиний параметр, який визначає, скільки світла випромінює чорне тіло.
Тепер, коли вони успішно зафіксували вторинне затемнення, дослідники використовують MIRI JWST, щоб отримати додаткові спостереження за цим явищем, сподіваючись зафіксувати повну фазову криву, що показує зміну яскравості по всій орбіті планети. Це дасть змогу дослідникам порівняти зміни температури між денною та нічною сторонами та підтвердити існування атмосфери.
«Це перший раз, коли ми можемо виявити випромінювання від скелястої планети з помірним кліматом, — сказав Лагедж. — Це дійсно важливий крок у історії відкриття екзопланет».