Уэбб обнаружил водяной пар, но непонятно, от каменистой планеты или от ее звезды

Планета GJ 486 b немного больше и в несколько раз массивнее Земли. Она вращается слишком близко к своей звезде, чтобы быть в жилой зоне. Однако, наблюдения "Уэбба" показывают наличие водяного пара.

Об этом рассказывают в НАСА, передают OstanniPodii.com.

Водяной пар может быть из атмосферы, которая окутывает планету, и в этом случае он должен постоянно пополняться из-за потерь во время звездного облучения. Но не менее вероятным вариантом является и то, что водяной пар исходит из внешнего слоя холодной звезды-хозяйки планеты. Дополнительные наблюдения "Уэбба" помогут ответить на этот вопрос: может ли каменистая планета сохранить или восстановить атмосферу в суровых условиях вблизи звезды-красного карлика?

Самыми распространенными звездами во Вселенной являются красные карлики, а это означает, что каменистые экзопланеты с высокой вероятностью будут обнаружены на орбите такой звезды. Звезды-красные карлики холодные, поэтому планета должна вращаться вокруг них по узкой орбите, чтобы оставаться достаточно теплой для потенциального размещения жидкой воды (это означает, что она находится в жилой зоне). Такие звезды также активны, особенно когда они молодые, выделяя ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, которое может разрушить атмосферы планет. В результате один из важных открытых вопросов в астрономии заключается в том, сможет ли каменистая планета сохранить или восстановить атмосферу в такой суровой среде.

Чтобы ответить на этот вопрос, астрономы использовали космический телескоп Джеймса Уэбба для изучения каменистой экзопланеты, известной как GJ 486 b. Она расположена слишком близко к своей звезде, чтобы находиться в обитаемой зоне, с температурой поверхности около 430 градусов Цельсия. Тем не менее, наблюдения с помощью Спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) "Уэбба" показывают намеки на водяной пар.

Если водяной пар связан с планетой, то это указывает на то, что у нее есть атмосфера, несмотря на палящую температуру и близкое расположение к звезде. Водяной пар уже был замечен на газообразных экзопланетах, но до сих пор ни одна атмосфера не была окончательно обнаружена вокруг каменистой экзопланеты. Однако команда предупреждает, что водяной пар может находиться на самой звезде -- в частности, в холодных звездных пятнах -- а вовсе не на планете.

"Мы видим сигнал, и он почти наверняка вызван водой. Но мы пока не можем сказать, является ли эта вода частью атмосферы планеты, то есть планета имеет атмосферу, или мы просто видим сигнал воды, исходящий от звезды", - говорит Сара Моран из Университета Аризоны в Тусоне, ведущий автор исследования.

"Водяной пар в атмосфере горячей каменистой планеты станет большим прорывом для науки об экзопланетах. Но мы должны быть осторожными и убедиться, что виновником не является звезда", - добавил Кевин Стивенсон из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Лорели, штат Мэриленд, главный исследователь программы.

GJ 486 b примерно на 30% больше Земли и втрое массивнее, что означает, что это скалистый мир с более сильной гравитацией, чем у Земли. Планета вращается вокруг звезды-красного карлика за 1,5 земных дня. Ожидается, что она будет приливно заблокированной, с постоянной дневной и постоянной ночной сторонами.

GJ 486 b проходит через свою звезду, пересекая её от нашей точки зрения. Если у планеты есть атмосфера, то во время транзита свет звезды будет фильтроваться через эти газы, оставляя на свете отпечатки, которые позволят астрономам расшифровать ее состав с помощью метода, называемого спектроскопией пропускания.

На этом графике показан спектр пропускания, полученный во время наблюдений "Уэбба" каменистой экзопланеты GJ 486 b. Анализ научной группы показывает намеки на водяной пар; однако компьютерные модели показывают, что сигнал может исходить от богатой водой планетарной атмосферы (показано синей линией) или от звездных пятен её звезды-красного карлика (показано желтой линией). Две модели заметно расходятся в более коротких инфракрасных длинах волн, что указывает на необходимость дополнительных наблюдений с помощью других инструментов "Уэбба" для определения источника сигнала воды. Фоновая иллюстрация планеты -- это концепция художника. "Уэбб" не получал изображения планеты. Credit: ILLUSTRATION: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI). SCIENCE: Sarah E. Moran (University of Arizona), Kevin B. Stevenson (APL), Ryan MacDonald (University of Michigan), Jacob A. Lustig-Yaeger (APL)

Команда наблюдала два транзита, каждый из которых длился около часа. Затем они использовали три различных метода для анализа полученных данных. Результаты всех трех методов совпадают: они показывают в основном плоский спектр с остроинтересным подъемом на самых коротких инфракрасных длинах волн. Команда прогнала компьютерные модели с учетом ряда различных молекул и пришла к выводу, что наиболее вероятным источником сигнала является водяной пар.

Хотя водяной пар потенциально может указывать на наличие атмосферы на GJ 486 b, не менее правдоподобным объяснением является водяной пар от звезды. Удивительно, но даже на нашем Солнце водяной пар иногда может существовать в солнечных пятнах, поскольку эти пятна очень холодны по сравнению с окружающей поверхностью звезды. Звезда-хозяин GJ 486 b намного холоднее Солнца, поэтому в ее звездных пятнах могло бы концентрироваться еще больше водяного пара. В результате это может создать сигнал, имитирующий планетарную атмосферу.

"Мы не наблюдали признаков того, что планета пересекает какие-либо звездные пятна во время транзитов. Но это не означает, что где-либо на звезде нет пятен. И это именно тот физический сценарий, который запечатлел бы этот сигнал воды в данных и в конечном итоге мог бы выглядеть как планетарная атмосфера", - пояснил Райан Макдональд из Мичиганского университета в Энн-Арборе, один из соавторов исследования.

Ожидается, что атмосфера с водяным паром будет постепенно разрушаться под воздействием звездного нагрева и облучения. В результате, если атмосфера существует, она, вероятнее всего, должна постоянно пополняться за счет вулканов, выбрасывающих пар из недр планеты. Если вода действительно находится в атмосфере планеты, необходимы дополнительные наблюдения, чтобы определить ее количество.

Будущие наблюдения "Уэбба" могут пролить больше света на эту систему. В рамках будущей программы "Уэбба" для наблюдения дневной стороны планеты будет использован Инструмент среднего инфракрасного диапазона (MIRI). Если планета не имеет атмосферы или имеет лишь тонкую атмосферу, то самая горячая часть дневной стороны, как ожидается, будет находиться прямо под звездой. Однако, если самая горячая точка смещена, это будет указывать на наличие атмосферы, по которой может циркулировать тепло.

В конце концов, чтобы провести различие между сценариями с планетарной атмосферой и звездными пятнами, понадобятся наблюдения на более коротких инфракрасных волнах с помощью другого инструмента "Уэбба" -- Визуализатора в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевого спектрографа (NIRISS).

"Именно объединение нескольких инструментов позволит точно определить, есть ли у этой планеты атмосфера", - отметил Стивенсон.

Исследование принято к публикации в The Astrophysical Journal Letters.

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