Астрономы рискуют неправильно интерпретировать планетарные сигналы в данных “Уэбба”

Новое исследование выдвигает предположение, что используемые модели для расшифровки спектральной информации не соответствуют точности и качеству данных, получаемых от космического телескопа Джеймса Уэбба.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT), передают OstanniPodii.com.

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" открывает Вселенную с поразительной, беспрецедентной четкостью. Сверхострое инфракрасное зрение обсерватории прорезается сквозь космическую пыль, чтобы осветить некоторые из древнейших структур во Вселенной, а также ранее скрытые звездные питомники и вращающиеся галактики, которые лежат за сотни миллионов световых лет от нас.

В дополнение к тому, что "Вебб" может заглянуть во Вселенную дальше, чем когда-либо прежде, он также получит самое полное представление об объектах в нашей собственной галактике, а именно о некоторых из 5 000 планет, которые были открыты в Млечном Пути. Астрономы используют точность анализа света телескопа, чтобы расшифровать атмосферу, окружающую некоторые из этих соседних миров. Свойства их атмосфер могут дать подсказки о том, как сформировалась планета и есть ли на ней признаки жизни.

Теперь новое исследование выдвигает предположение, что инструменты, которые астрономы обычно используют для расшифровки световых сигналов, могут быть недостаточно хорошими для точной интерпретации данных нового телескопа. В частности, модели непрозрачности — инструменты, которые моделируют взаимодействие света с веществом в зависимости от свойств вещества — могут потребовать значительной доработки для того, чтобы соответствовать точности данных "Уэбба", говорят исследователи.

А если эти модели не будут доработаны? Исследователи прогнозируют, что свойства планетных атмосфер, такие как температура, давление и элементный состав, могут отличаться в несколько раз.

«Существует научно значимая разница между присутствием такого соединения, как вода, на уровне 5% и 25%, которую современные модели не могут различить», - говорит соруководитель исследования Жюльен де Вит, доцент кафедры наук о Земле, атмосферах и планетах (EAPS) в MIT.

«Сейчас модель, которую мы используем для расшифровки спектральной информации, не соответствует точности и качеству данных, получаемых нами от телескопа Джеймса Уэбба», - добавляет аспирант EAPS Праджвал Нираула. «Нам нужно повысить уровень нашей игры и вместе решать проблему непрозрачности».

Де Вит, Нираула и их коллеги опубликовали свое исследование в журнале Nature Astronomy. Среди соавторов — специалисты по спектроскопии Юли Гордон, Роберт Харгривз, Клара Суза-Сильва и Роман Кочанов из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

Повышение уровня

Непрозрачность — это мера того, насколько легко фотоны проходят сквозь материал. Фотоны определенной длины волны могут проходить прямо сквозь материал, поглощаться или отражаться обратно, в зависимости от того, взаимодействуют ли они с определенными молекулами в материале и как именно. Это взаимодействие также зависит от температуры и давления материала.

Модель непрозрачности работает на основе различных предположений о том, как свет взаимодействует с веществом. Астрономы используют модели непрозрачности для получения определенных свойств материала, учитывая спектр света, который излучает материал. В контексте экзопланет модель непрозрачности может расшифровать тип и количество химических веществ в атмосфере планеты на основе света от планеты, который фиксирует телескоп.

Де Вит говорит, что современная модель непрозрачности, которую он сравнивает с классическим инструментом языкового перевода, хорошо справляется с расшифровкой спектральных данных, полученных такими инструментами, как космический телескоп "Хаббл".

«До сих пор этот Розетский камень работал хорошо», - говорит де Вит. «Но теперь, когда мы переходим на следующий уровень с точностью Вебба, наш процесс перевода не позволит нам уловить важные тонкости, такие как те, что делают разницу между тем, является ли планета пригодной для жизни или нет».

Свет, возмущенный

Он и его коллеги подчеркивают это в своем исследовании, в котором они проверили наиболее часто используемую модель непрозрачности. Команда хотела увидеть, какие атмосферные свойства получит модель, если она будет настроена таким образом, чтобы предположить определенные ограничения в нашем понимании того, как взаимодействуют свет и вещество. Исследователи создали восемь таких "возмущенных" моделей. Затем они подали на каждую модель, включая реальную версию, "синтетические спектры" — шаблоны света, смоделированные группой и подобные к точности, с которой видел бы телескоп Джеймса Уэбба.

Они обнаружили, что на основе одних и тех же световых спектров каждая возмущенная модель давала широкие прогнозы относительно свойств атмосферы планеты. На основе своего анализа команда делает вывод, что, если текущие модели непрозрачности применить к световым спектрам, полученным телескопом Уэбба, они наткнутся на "стену точности". То есть, модели не будут достаточно чувствительными, чтобы сказать, имеет ли планета температуру атмосферы 300 Кельвинов или 600 Кельвинов, или определенный газ занимает 5% или 25% атмосферного слоя.

«Эта разница имеет значение для того, чтобы мы могли ограничивать механизмы формирования планет и надежно идентифицировать биосигнатуры», - говорит Нираула.

Команда также обнаружила, что каждая модель "хорошо согласуется" с данными. То есть, даже если возмущенная модель давала химический состав, который, как знали исследователи, был неправильным, она также генерировала световой спектр из этого химического состава, который был достаточно близким к оригинальному спектру или "соответствовал" ему.

«Мы обнаружили, что существует достаточно параметров, которые можно настроить, даже с неправильной моделью, чтобы все равно получить хорошую подгонку, то есть вы не будете знать, что ваша модель ошибочна и что она говорит вам неправду», - объясняет де Вит.

Он и его коллеги предлагают некоторые идеи по совершенствованию текущих моделей непрозрачности, включая необходимость проведения большего количества лабораторных измерений и теоретических расчетов для уточнения предположений моделей о взаимодействии света и различных молекул, а также сотрудничества между различными дисциплинами, в частности, между астрономией и спектроскопией.

«Если бы мы в совершенстве знали, как взаимодействуют свет и вещество, можно было бы сделать так много», - говорит Нираула. «Мы знаем это достаточно хорошо в условиях Земли, но как только мы переходим к различным типам атмосфер, все меняется, и это большое количество данных, качество которых растет, и которые мы рискуем неправильно интерпретировать».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.