Впервые обнаружена атмосфера на каменистой экзопланете в зоне обитаемости

Астрономы впервые обнаружили атмосферу, окружающую каменистую планету, похожую на Землю, которая вращается вокруг своей звезды в условиях, позволяющих существование жидкой воды на её поверхности.

Об открытии сообщают в Гарвард-Смитсоновском Центре астрофизики, передают OstanniPodii.com.

«Атмосфера является необходимым условием для существования жизни на планете в том виде, в каком мы её знаем», — отметил главный автор исследования Колин Черубим, недавно защитивший докторскую диссертацию по наукам о Земле и планетах в Гарвардском университете.

«Это первый случай, когда ученые обнаружили атмосферу на каменистой планете в зоне обитаемости другой звезды».

В исследовании, опубликованном в журнале «Science», приводятся результаты наблюдений, свидетельствующие об утечке гелия из атмосферы LHS 1140 b — каменистой экзопланеты, расположенной на расстоянии около 48 световых лет от Земли. Это открытие, сделанное на основе теоретических прогнозов, предоставляет доказательства наличия на планете атмосферы.

LHS 1140 b вращается вокруг красного карлика в пределах его зоны обитаемости — области вокруг звезды, где температура и условия окружающей среды находятся в диапазоне, позволяющем существование жидкой воды на поверхности планеты.

Астрономы открыли тысячи экзопланет, в том числе несколько каменистых миров в зонах обитаемости своих звезд, но определить, есть ли у этих планет атмосфера, до сих пор остается большой проблемой.

«Двадцать лет назад мы даже сомневались, существуют ли вообще другие планеты земного типа. Затем мы узнали, что они распространены, и обнаружили некоторые из них в зоне обитаемости. Следующим вопросом было: удалось ли какой-либо из них сохранить атмосферу? Теперь мы знаем, что по крайней мере одна из них её имеет», — сказал один из научных руководителей диссертации Черубима Робин Уордсворт, профессор экологических наук и инженерии, а также профессор наук о Земле и планетах в Гарварде.

Хотя в других исследованиях уже были обнаружены каменистые планеты в зонах обитаемости своих звёзд, однако это исследование является первым, которое чётко демонстрирует наличие атмосферы, существующей уже миллиарды лет.

Теоретическая модель Черубима и его коллег предполагала, что LHS 1140 b имеет верхние слои атмосферы, богатые гелием, который медленно утекает в космос.

Чтобы проверить свое предположение, команда использовала спектрограф WINERED (Эшель-спектрограф в теплом инфракрасном диапазоне для достижения экстремальной дисперсии) на телескопе «Магеллана» в обсерватории Лас-Кампанас в Чили. Учёные наблюдали редкое явление, когда LHS 1140 b и ещё одна планета системы прошли перед своей звездой в одну и ту же ночь.

Хотя одна из планет не проявляла признаков наличия атмосферы, другая — LHS 1140 b — демонстрировала утечку гелия, что подтвердило наличие у неё атмосферы.

Другой научный руководитель диссертации Черубима, Дэвид Шарбоно, заведующий кафедрой астрономии Гарвардского университета и астроном Центра астрофизики, сначала скептически относился к плану Черубима, поскольку тот основывался на математических расчетах и ранее никогда не наблюдался для каменистых планет.

Но когда появились результаты, он убедился в правоте плана Черубима.

«Колин проанализировал известные нам планеты и предсказал, что эта будет иметь гелиевую атмосферу, — говорит Шарбоно. — Затем он организовал время работы телескопа, получил данные, и обнаружение оказалось статистически неопровержимым».

Полученные результаты свидетельствуют о том, что наземные наблюдения с целью обнаружения улетучивающихся газов могут стать важным инструментом для изучения атмосфер каменистых экзопланет.

По словам астрономов, атмосфера этой планеты, вероятно, сохранилась на протяжении более трёх миллиардов лет, что делает её ценным объектом для будущих наблюдений.

Черубим отметил, что хотел бы определить полный состав атмосферы и в конечном итоге выяснить, есть ли на поверхности планеты океаны или другие признаки, связанные с пригодностью для жизни. Он и его коллеги также собираются использовать эту модель для поиска подобных миров.

«Это стало подтверждением модели, и, надеемся, это лишь первое из многих будущих наблюдений», — сказал он.

Джейсон Диттманн из Университета Флориды, который впервые открыл эту экзопланету в 2016 году, отметил: «Поскольку там есть гелий и поскольку гелий улетучивается, возникает вопрос: является ли это голым камнем без атмосферы, время от времени выпускающим немного газа, который сразу же улетучивается, или там существует стационарная атмосфера, из которой время от времени улетучиваются вещества, как это происходит на Земле? Данные JWST в течение следующих четырёх-пяти лет будут направлены на поиск воды, и если в атмосфере есть вода, то, вероятно, это стабильная атмосфера, которая сохранится».