Вебб виміряв температуру скелястої екзопланети TRAPPIST-1 b

Міжнародна група дослідників використала космічний телескоп Джеймса Вебба, щоб виміряти температуру скелястої екзопланети TRAPPIST-1 b. Вимірювання базується на тепловому випромінюванні планети: теплова енергія, що виділяється у формі інфрачервоного світла, виявляється інструментом середнього інфрачервоного діапазону Вебба (MIRI).

Результат показує, що денна температура планети становить близько 500 кельвінів (приблизно 230°C), і припускає, що вона не має значної атмосфери. Це перше виявлення будь-якої форми світла, випромінюваного екзопланетою, такою ж маленькою і холодною, як кам’янисті планети в нашій Сонячній системі.

Це знаменує важливий крок у визначенні того, чи можуть планети, що обертаються навколо малих активних зірок, таких як TRAPPIST-1, підтримувати атмосферу, необхідну для підтримки життя.

«Ці спостереження дійсно використовують можливості Вебба в середньому інфрачервоному діапазоні, — заявив Томас Грін, астрофізик з Дослідницького центру Еймса NASA та провідний автор дослідження. – Жоден попередній телескоп не мав такої чутливості, щоб виміряти таке тьмяне світло середнього інфрачервоного діапазону».

Скелясті планети навколо надхолодних червоних карликів

На початку 2017 року астрономи повідомили про відкриття семи скелястих планет, що обертаються навколо ультрахолодної червоної карликової зірки (або М-карлика) на відстані 40 світлових років від Землі. Що примітно в планетах, так це їхня схожість за розміром і масою з внутрішніми кам’янистими планетами нашої Сонячної системи. Незважаючи на те, що всі вони обертаються набагато ближче до своєї зірки, ніж будь-яка з наших планет навколо Сонця – усі вони можуть зручно розміститися на орбіті Меркурія – вони отримують порівнянну кількість енергії від своєї крихітної зірки.

TRAPPIST-1 b, найглибша планета, має орбітальну відстань приблизно в одну соту земної та отримує приблизно в чотири рази більше енергії, ніж Земля отримує від Сонця. Незважаючи на те, що вона не входить до зони життя системи, спостереження за нею можуть надати важливу інформацію про її планети-побратими, а також про планети інших М-карликових систем.

«Цих зірок у Чумацькому Шляху в десять разів більше, ніж таких зірок, як Сонце, і в них вдвічі більше шансів мати скелясті планети, ніж у таких зірок, як Сонце, — пояснив Грін . – Але вони також дуже активні – дуже яскраві, коли вони молоді, вони випромінюють спалахи та рентгенівські промені, які можуть знищити атмосферу».

Виявлення атмосфери

Попередні спостереження TRAPPIST-1 b за допомогою космічного телескопа Хаббл, а також космічного телескопа Spitzer не виявили жодних доказів пухкої атмосфери, але не змогли виключити наявність щільної.

Одним із способів зменшити невизначеність є вимірювання температури планети.

«Ця планета припливно замкнена, одна сторона її весь час звернена до зірки, а інша — у постійній темряві, — зазначив П’єр-Олів’є Лагаж з CEA, співавтор статті. – Якщо в ный є атмосфера для циркуляції та перерозподілу тепла, вдень буде прохолодніше, ніж без атмосфери».

Команда використовувала техніку під назвою вторинна фотометрія затемнення, за допомогою якої MIRI вимірював зміну яскравості від системи, коли планета рухалася за зіркою. Хоча TRAPPIST-1 b недостатньо гаряча, щоб випромінювати власне видиме світло, вона має інфрачервоне світіння. Віднявши яскравість зірки окремо (під час вторинного затемнення) від яскравості зірки та планети разом, вчені змогли успішно обчислити, скільки інфрачервоного світла випромінює планета.

Вимірювання незначних змін яскравості

Виявлення Веббом вторинного затемнення саме по собі є важливою віхою. Оскільки зірка більш ніж у 1000 разів яскравіша за планету, зміна яскравості становить менше 0,1%.

«Був також певний страх, що ми пропустимо затемнення. Усі планети тягнуться одна до одної, тому орбіти не є ідеальними, — каже Тейлор Белл, докторант Інституту досліджень навколишнього середовища Bay Area. – Але це було просто дивовижно: час затемнення, який ми бачили в даних, збігся з прогнозованим часом протягом кількох хвилин».

Аналіз даних із п’яти окремих спостережень вторинних затемнень показує, що TRAPPIST-1 b має денну температуру близько 500 кельвінів, або приблизно 230°C. Команда вважає, що найбільш ймовірна інтерпретація полягає в тому, що планета не має атмосфери.

Вчені порівняли результати з комп’ютерними моделями, які показують, якою має бути температура в різних сценаріях. Результати майже повністю узгоджуються з чорним тілом, зробленим із голої скелі та відсутності атмосфери для циркуляції тепла. Також науковці не помітили жодних ознак поглинання світла вуглекислим газом, які були б очевидні в цих вимірюваннях.

Наразі тривають додаткові вторинні спостереження за затемненням TRAPPIST-1 b, і тепер, коли вчені знають, наскільки якісними можуть бути дані, команда сподівається врешті-решт зафіксувати повну фазову криву, що показує зміну яскравості по всій орбіті. Це дозволить їм побачити, як температура змінюється від денної до нічної, і підтвердити, чи є на планеті атмосфера чи ні. Це дійсно важливий крок в історії відкриття екзопланет.