Дослідження JWST показує, що світ TRAPPIST-1 все-таки може мати атмосферу

Світ розміром із Землю, який раніше вважався безповітряною кулею, що обертається навколо червоного карлика приблизно за 40 світлових років від нас, може мати атмосферу. Нові спостереження планети b у системі TRAPPIST-1 показують, що скелястий світ є складнішим, ніж ми думали, підтверджуючи проблеми, пов’язані з отриманням твердих висновків на основі вузької смуги спектральної інформації.

На відміну від статті, опублікованої минулого року, яка визначила, що екзопланета, ймовірно, буде голою та безплідною, нові дані, отримані за допомогою JWST, свідчать про те, що TRAPPIST-1b або кипить геологічною активністю, або, можливо, оповита густою атмосферою, багатою вуглекислим газом.

«Ідея скелястої планети з сильно вивітреною поверхнею без атмосфери суперечить поточним вимірюванням», — каже астроном Єрун Боуман з Інституту астрономії Макса Планка в Німеччині. «Тому ми вважаємо, що планета покрита відносно незмінним матеріалом».

Це означає, що поверхня TRAPPIST-1b не змінилася внаслідок процесів зоряного та космічного вивітрювання, що свідчить про те, що поверхня TRAPPIST-1b дуже молода, їй лише 1000 років. Своєю чергою, це передбачає активність, таку як магматичне відновлення поверхні, що натякає на триваючу геологію всередині екзопланети.

У 2017 році астрономи повідомили, що знайшли зірку, навколо якої обертається сім екзопланет. Хоча екзопланети знаходяться трохи ближче до зірки, ніж планети Сонячної системи, зірка TRAPPIST-1 є червоним карликом — холоднішою та тьмянішою, що, своєю чергою, означає, що придатна для життя зона системи розташована ближче до сонця.

Це породило надію, що один зі світів TRAPPIST-1 може бути населеним. Це також дало нам кілька екзопланет, які можуть бути аналогічними світам у Сонячній системі, з розмірами та щільністю, порівнянними з Землею, Венерою та Марсом.

TRAPPIST-1b знаходиться надто близько до своєї зірки, щоб бути придатним для життя, але астрономи сподіваються, що він зможе навчити нас про те, як формуються та розвиваються інші планетарні системи.

«Планети, що обертаються навколо червоних карликів, — це наш найкращий шанс вперше вивчити атмосфери помірних скелястих планет, які отримують зоряні потоки між Меркурієм і Марсом», — каже астроном Ельза Дюкло з Французької комісії з альтернативних джерел енергії та атомної енергії (CEA). ).

«Планети TRAPPIST-1 є ідеальною лабораторією для цього новаторського дослідження».

Перші дані JWST завдали удару по цій ідеї. Він базувався лише на одній довжині інфрачервоної хвилі – 15 мікрон – яка сильно поглинається вуглекислим газом. Сильна 15-мікронна сигнатура припускала відсутність вуглекислого газу.

Щоб дослідити більш детально, дослідники провели подальші спостереження JWST на довжині хвилі 12,8 мікрона, щоб виміряти температуру TRAPPIST-1b, коли він повторював орбіти своєї зірки. Коли екзопланета рухається попереду, убік і позаду зірки, мінливе світло показує, скільки інфрачервоного світла випромінює екзопланета, даючи астрономам інструменти для вимірювання розподілу температури на поверхні екзопланети.

Потім вони порівняли свої спостереження з різними моделями, щоб спробувати зрозуміти, що вони бачать. На відміну від 15-мікронного аналізу, який виявив голу сіру поверхню, дослідницька група виявила, що спостереження 12,8 мікрон більше відповідають голій поверхні, вкритій багатою мінералами вулканічною породою. Це може вказувати на те, що TRAPPIST-1b має тектонічну або вулканічну активність, або що гравітаційне перетягування зірки та інших екзопланет у системі розтягує та стискає TRAPPIST-1b, залишаючи його нутрощі гарячими та розплавленими.

Інша інтерпретація даних – атмосфера, багата вуглекислим газом. Це можна узгодити з 15-мікронними спостереженнями через наявність туману, що призводить до явища, відомого як теплова інверсія, за якого вуглекислий газ випромінює 15-мікронне світло, а не поглинає його.

«Ці теплові інверсії досить поширені в атмосферах тіл Сонячної системи, мабуть, найбільш схожим прикладом є туманна атмосфера супутника Сатурна Титана», — пояснює астроном Міхіель Мін з Нідерландського інституту космічних досліджень. «Однак хімічний склад атмосфери TRAPPIST-1b, як очікується, буде сильно відрізнятися від Титану або будь-якого зі скелястих тіл Сонячної системи, і захоплююче думати, що ми можемо спостерігати за типом атмосфери, якого ніколи раніше не бачили».

Для виявлення того, який із цих сценаріїв, якщо такий є, має місце на TRAPPIST-1b, знадобиться ще багато досліджень. Але дослідження підкреслює, наскільки важко зрозуміти, що відбувається в інших світах за межами Сонячної системи. Дослідження команди було опубліковано в Nature Astronomy.