Найпоширенішими зірками у Всесвіті є червоні карлики, що означає, що скелясті екзопланети, швидше за все, можна знайти на орбіті такої зірки. Червоні карликові зірки прохолодні, тому планета повинна обіймати мати тісну орбіту, щоб залишатися достатньо теплою та потенційно мати рідку воду. Тоді вона знаходиться в зоні проживання.
Такі зірки також активні, особливо коли вони молоді, випускаючи ультрафіолетове та рентгенівське випромінювання, яке може знищити атмосферу планет. Як результат, одне важливе відкрите питання в астрономії полягає в тому, чи зможе скеляста планета підтримувати або відновлювати атмосферу в такому суворому середовищі.
Пошук пари
Щоб допомогти відповісти на це запитання, астрономи використали космічний телескоп Джейма Вебба для дослідження скелястої екзопланети, відомої як GJ 486 b. Вона надто близько до своєї зірки, щоб бути в зоні проживання, з температурою на поверхні близько 430°C. І все ж їхні спостереження за допомогою спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону Вебба (NIRSpec) показують натяки на водяну пару.
Якщо водяна пара пов’язана з планетою, це означатиме, що вона має атмосферу, незважаючи на спекотну температуру та близькість до своєї зірки. Водяна пара була помічена на газоподібних екзопланетах і раніше, але на сьогоднішній день атмосфери навколо скелястої екзопланети точно не виявлено. Однак команда попереджає, що водяна пара може бути на самій зірці – зокрема, у прохолодних зоряних плямах – а не з планети взагалі.
“Ми бачимо сигнал, і це майже напевно через воду”, – зазначила Сара Моран з Університету Арізони.
Але вчені ще не можуть сказати, чи ця вода є частиною атмосфери планети, тобто чи планета має атмосферу, чи це просто “водяний підпис”, що йде від зірки.
«Водяна пара в атмосфері гарячої скелястої планети стала б великим проривом для науки про екзопланети”, – додав Кевін Стівенсон.
Він з Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Гопкінса в Лорелі, штат Меріленд та головний дослідник програми. За його словами, ми повинні бути обережними і переконатися, що зірка не є винуватцем.
Екзопланета GJ 486 b
Скеляста екзопланету GJ 486 b обертається навколо червоної карликової зірки, що знаходиться лише в 26 світлових роках від нас у сузір’ї Діви.
GJ 486 b приблизно на 30% більша за Землю і втричі масивніша, що означає, що це скелястий світ із сильнішою гравітацією, ніж Земля. Планета обертається навколо зірки червоного карлика трохи менше ніж за 1,5 земних дня. Очікується, що вона є припливно замкнена, з постійною денною та постійною нічною стороною.
GJ 486 b проходить перед зіркою з нашої точки зору. Якщо вона має атмосферу, то під час проходження через неї зоряне світло фільтруватиметься крізь ці гази, залишаючи “відбитки пальців” у світлі, що дозволить астрономам розшифрувати склад за допомогою техніки, яка називається трансмісійною спектроскопією.
Авторство: NASA, ESA, CSA, Джозеф Олмстед (STScI)
Спектральний аналіз
Команда спостерігала два транзити, кожен з яких тривав близько години. Потім вони використали три різні методи для аналізу отриманих даних. Результати всіх трьох узгоджені в тому, що вони показують переважно плоский спектр з інтригуючим зростанням на найкоротших інфрачервоних хвилях. Команда провела комп’ютерні моделі, враховуючи низку різних молекул, і прийшла до висновку, що найімовірнішим джерелом сигналу є водяна пара.
Хоча водяна пара потенційно може вказувати на наявність атмосфери на GJ 486 b, не менш правдоподібним поясненням є водяна пара від зірки. Дивно, але навіть на нашому Сонці водяна пара іноді може існувати в сонячних плямах, тому що ці плями дуже холодні порівняно з навколишньою поверхнею зірки. Головна зірка GJ 486 b набагато холодніша за Сонце, тому в її зоряних плямах може концентруватися навіть більше водяної пари.
Атмосфера
Очікується, що атмосфера водяної пари поступово розпадеться через нагрівання та опромінення зірок. У результаті, якщо атмосфера присутня, вона, ймовірно, повинна буде постійно поповнюватися вулканами, які викидають пару з надр планети. Якщо вода справді є в атмосфері планети, необхідні додаткові спостереження, щоб точніше визначити кількість води.
Майбутні спостереження Вебба можуть пролити більше світла на цю систему. Майбутня програма Webb використовуватиме інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) для спостереження за денною стороною планети. Якщо планета не має атмосфери або має лише тонку атмосферу, то очікується, що найспекотніша частина дня буде безпосередньо під зіркою. Однак якщо найгарячіша точка зсувається, це вказує на те, що атмосфера може циркулювати тепло.
Зрештою, спостереження в більш коротких інфрачервоних довжинах хвиль іншим інструментом Вебба, Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), знадобляться, щоб розрізняти сценарії планетарної атмосфери та зоряних плям.
«Це об’єднання кількох інструментів разом, які дійсно зможуть визначити, чи є у цієї планети атмосфера чи ні», — сказав Стівенсон.
