“Уэбб” измерил температуру скалистой экзопланеты

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба измерено тепловое излучение самой внутренней планеты системы TRAPPIST-1, находящейся в 40 световых годах от нас.

Об этом рассказывают в Европейском космическом агентстве (ЕКА), передают OstanniPodii.com.

Измерение тепловой энергии, выделяемой в виде инфракрасного света, сделано Прибором среднего инфракрасного диапазона (MIRI) телескопа "Уэбба".

Результат показывает, что постоянная дневная сторона планеты имеет температуру около 500 Кельвинов (примерно 230°C), и позволяет предположить, что у нее нет значительной атмосферы.

Это первое обнаружение какой-либо формы света, излучаемого экзопланетой, такой же маленькой и такой же холодной, как скалистые планеты в нашей Солнечной системе.

В ЕКА отмечают, что полученный результат является важным шагом в определении того, могут ли планеты, вращающиеся вокруг небольших активных звезд, иметь атмосферы, необходимые для поддержания жизни. Результат также предвещает, что с помощью MIRI "Уэбб" сможет получить характеристики экзопланеты с умеренным климатом и размером с Землю.

"Эти наблюдения на самом деле используют преимущества возможностей "Уэбба" в среднем инфракрасном диапазоне", - сказал Томас Грин, астрофизик из Исследовательского центра НАСА им. Эймса и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature. "Ни один из предыдущих телескопов не имел достаточной чувствительности для измерения такого тусклого света в среднем инфракрасном диапазоне".

Скалистые планеты вокруг ультрахолодных красных карликов

В начале 2017 года астрономы сообщили об открытии семи скалистых планет, вращающихся вокруг ультрахолодной красной карликовой звезды (или M-карлика), расположенной за 40 световых лет от Земли. Примечательным в этих планетах является то, что они по размеру и массе похожи на внутренние скалистые планеты нашей Солнечной системы. Хотя все они вращаются гораздо ближе к своей звезде, чем любая из наших планет к Солнцу -- все они могут удобно разместиться на орбите Меркурия -- они получают сравнимое количество энергии от своей крошечной звезды.

TRAPPIST-1 b, самая внутренняя планета, имеет орбитальное расстояние примерно в одну сотую от земной и получает примерно в четыре раза больше энергии, чем Земля от Солнца. Хотя она не находится в "жилой зоне" системы, наблюдения за ней могут дать важную информацию о ее планетах-сестрах, а также о планетах в других системах М-карликов.

"В Млечном Пути таких звезд в десять раз больше, чем звезд, подобных Солнцу, и вероятность наличия у них скалистых планет вдвое выше, чем у звезд, подобных Солнцу", - объясняет Грин. "Но они также очень активны - в молодости они очень яркие и испускают вспышки и рентгеновские лучи, которые могут уничтожить атмосферу".

"Получить характеристики планет земного типа легче вокруг меньших, более холодных звезд", - добавляет соавтор работы Эльза Дюкро из Комиссии по вопросам альтернативных и атомной энергий Франции (CEA), которая проводила начальные исследования системы TRAPPIST-1.

"Если мы хотим понять жизнепригодность вокруг звезд класса М, система TRAPPIST-1 - отличная лаборатория. Это лучшие объекты для изучения атмосфер каменистых планет."

Есть ли у планеты атмосфера?

В предыдущих наблюдениях планеты TRAPPIST-1 b с помощью космических телескопов "Хаббл" и "Спитцер" не обнаружено доказательств наличия пухлой атмосферы, но не было исключено наличия плотной.

Один из способов уменьшить неопределенность - измерить температуру планеты.

"Эта планета заперта в приливной зоне: одна ее сторона постоянно повернута к звезде, а другая находится в постоянной темноте", - говорит Пьер-Оливье Лагаж из CEA, соавтор статьи.

"Если у нее есть атмосфера для циркуляции и перераспределения тепла, то на дневной стороне будет прохладнее, чем при отсутствии атмосферы."

Исследователи использовали метод, называемый фотометрией вторичного затмения, в котором MIRI измерял изменение яркости системы по мере того, как планета двигалась за звездой. Хотя TRAPPIST-1 b недостаточно горяча, чтобы излучать свой собственный видимый свет, у нее есть инфракрасное свечение. Отняв яркость звезды (во время вторичного затмения) от яркости звезды и планеты вместе взятых, они смогли успешно рассчитать, сколько инфракрасного света испускает планета.

Кривая блеска, показывающая изменение яркости системы TRAPPIST-1, когда самая внутренняя планета, TRAPPIST-1 b, перемещается за звездой. Это явление известно как вторичное затмение. Credit: ESA

Измерение мельчайших изменений яркости

Обнаружение "Уэббом" вторичного затмения само по себе является важной вехой. Поскольку звезда более чем в 1000 раз ярче планеты, изменение яркости составляет менее 0,1%.

"Был также некоторый страх, что мы пропустим затмение. Планеты все тянутся друг к другу, поэтому орбиты не идеальны", - говорит Тейлор Белл, исследователь-постдокторант в Институте BAER, который анализировал данные. "Но это было просто потрясающе: время затмения, которое мы увидели в данных, совпало с предсказанным в пределах пары минут".

Анализ данных пяти отдельных вторичных наблюдений затмения показывает, что температура TRAPPIST-1 b составляет около 500 Кельвинов, или примерно 230°C. Команда считает, что наиболее вероятная интерпретация заключается в том, что планета не имеет атмосферы.

"Мы сравнили полученные результаты с компьютерными моделями, показывающими, какой должна быть температура при различных сценариях", - объясняет Дюкро. "Результаты почти полностью соответствуют черному телу из голого камня и отсутствию атмосферы для циркуляции тепла. Мы также не увидели никаких признаков поглощения света углекислым газом, что было бы заметно во время таких измерений".

Сравнение дневной температуры TRAPPIST-1 b, измеренной с помощью MIRI, с компьютерными моделями, показывающими, какой была бы температура при различных условиях. Модели учитывают известные свойства системы, включая размер и плотность планеты, температуру звезды и орбитальное расстояние планеты. Для справки также показана температура дневной стороны Меркурия. Яркость дневной стороны TRAPPIST-1 b в 15 микрон соответствует температуре около 500 K (примерно 230°C). Это согласуется с температурой в предположении, что планета замкнута в приливной зоне (одна сторона постоянно повернута к звезде), с темно окрашенной поверхностью, без атмосферы и без перераспределения тепла с дневной стороны на ночную. Если бы тепловая энергия от звезды равномерно распределялась вокруг планеты (например, с помощью циркулирующей атмосферы, не содержащей углекислого газа), температура в области 15 микрон составляла бы 400 K (125°C). Если бы в атмосфере было значительное количество углекислого газа, то планета излучала бы еще меньше 15-микронного света и казалась бы еще холоднее. Хотя TRAPPIST-1 b горячая по земным меркам, она холоднее дневной стороны Меркурия, состоящей из голого камня и не имеющей значительной атмосферы. Меркурий получает от Солнца примерно в 1,6 раза больше энергии, чем TRAPPIST-1 b от своей звезды. Credit: ESA

Это исследование было проведено в рамках программ, призванных помочь в получении полных характеристик системы TRAPPIST-1. Сейчас продолжаются дополнительные наблюдения вторичного затмения TRAPPIST-1 b, и теперь, зная, насколько качественными могут быть данные, команда надеется в конце концов получить полную фазовую кривую, показывающую изменение яркости на протяжении всей орбиты. Это позволит им увидеть, как меняется температура от дневной к ночной стороне, и подтвердить, есть ли у планеты атмосфера или нет.

"Была одна цель, о которой я мечтал", - говорит Лагаж, работавший над созданием прибора MIRI более двух десятилетий. "И это была именно она. Впервые мы можем обнаружить излучение от скалистой планеты с умеренным климатом. Это действительно важный шаг в истории открытия экзопланет ".

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