“Вебб” виміряв температуру скелястої екзопланети

За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба виміряно теплове випромінювання найвнутрішньої планети системи TRAPPIST-1, що знаходиться за 40 світлових років від нас.

Про це розповідають в Європейському космічному агентстві (ЄКА), передають OstanniPodii.com.

Вимірювання тепловій енергії, що виділяється у вигляді інфрачервоного світла, зроблено Приладом середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) телескопа "Вебба".

Результат показує, що постійний денний бік планети має температуру близько 500 Кельвінів (приблизно 230°C), і дозволяє припустити, що у неї немає значної атмосфери.

Це перше виявлення будь-якої форми світла, випромінюваного екзопланетою, такою ж маленькою та такою ж холодною, як скелясті планети в нашій Сонячній системі.

В ЄКА зазначають, що отриманий результат є важливим кроком у визначенні того, чи можуть планети, що обертаються навколо невеликих активних зірок, мати атмосфери, необхідні для підтримки життя. Результат також віщує, що за допомогою MIRI "Вебб" зможе отримати характеристики екзопланети з помірним кліматом і розміром із Землю.

"Ці спостереження насправді використовують переваги можливостей "Вебба" в середньому інфрачервоному діапазоні", - сказав Томас Грін, астрофізик з Дослідницького центру НАСА ім. Еймса та провідний автор дослідження, опублікованого в журналі Nature. "Жоден з попередніх телескопів не мав достатньої чутливості для вимірювання такого тьмяного світла в середньому інфрачервоному діапазоні".

Скелясті планети навколо ультрахолодних червоних карликів

На початку 2017 року астрономи повідомили про відкриття семи скелястих планет, що обертаються навколо ультрахолодної червоної карликової зірки (або M-карлика), розташованої за 40 світлових років від Землі. Примітним у цих планетах є те, що вони за розміром і масою схожі на внутрішні скелясті планети нашої Сонячної системи. Хоча всі вони обертаються набагато ближче до своєї зірки, ніж будь-яка з наших планет до Сонця - всі вони можуть зручно розміститися на орбіті Меркурія - вони отримують порівнянну кількість енергії від своєї крихітної зірки.

TRAPPIST-1 b, найвнутрішня планета, має орбітальну відстань приблизно в одну соту від земної та отримує приблизно у чотири рази більше енергії, ніж Земля від Сонця. Хоча вона не перебуває в "жилій зоні" системи, спостереження за нею можуть дати важливу інформацію про її планет-сестер, а також про планети в інших системах М-карликів.

"У Чумацькому Шляху таких зірок удесятеро більше, ніж зірок, подібних до Сонця, і ймовірність наявності у них скелястих планет удвічі вища, ніж у зірок, подібних до Сонця", - пояснює Грін. "Але вони також дуже активні - у молодості вони дуже яскраві та випускають спалахи й рентгенівські промені, які можуть знищити атмосферу".

"Отримати характеристики планет земного типу легше навколо менших, холодніших зірок", - додає співавторка роботи Ельза Дюкро з Комісії з питань альтернативних та атомної енергій Франції (CEA), яка проводила початкові дослідження системи TRAPPIST-1.

"Якщо ми хочемо зрозуміти життєпридатність навколо зірок класу М, система TRAPPIST-1 - чудова лабораторія. Це найкращі об′єкти для вивчення атмосфер кам′янистих планет."

Чи є у планети атмосфера?

У попередніх спостереженнях планети TRAPPIST-1 b за допомогою космічних телескопів "Хаббл" і "Спітцер" не виявлено доказів наявності пухкої атмосфери, але не було виключено наявності щільної.

Один зі способів зменшити невизначеність - виміряти температуру планети.

"Ця планета замкнена в приливній зоні: один її бік постійно повернений до зірки, а інший перебуває в постійній темряві", - каже П′єр-Олів′є Лагаж із CEA, співавтор статті.

"Якщо у неї є атмосфера для циркуляції та перерозподілу тепла, то на денній стороні буде прохолодніше, ніж за відсутності атмосфери."

Дослідники використовували метод, званий фотометрією вторинного затемнення, в якому MIRI вимірював зміну яскравості системи в міру того, як планета рухалася за зіркою. Хоча TRAPPIST-1 b недостатньо гаряча, щоб випромінювати своє власне видиме світло, у неї є інфрачервоне світіння. Віднявши яскравість зірки (під час вторинного затемнення) від яскравості зірки та планети разом узятих, вони змогли успішно розрахувати, скільки інфрачервоного світла випускає планета.

Крива блиску, що показує зміну яскравості системи TRAPPIST-1, коли найвнутрішня планета, TRAPPIST-1 b, переміщається за зіркою. Це явище відоме як вторинне затемнення. Credit: ESA

Вимірювання найдрібніших змін яскравості

Виявлення "Веббом" вторинного затемнення саме по собі є важливою віхою. Оскільки зірка більш ніж у 1000 разів яскравіша за планету, зміна яскравості становить менше ніж 0,1%.

"Був також деякий страх, що ми пропустимо затемнення. Планети всі тягнуться одна до одної, тому орбіти не ідеальні", - каже Тейлор Белл, дослідник-постдокторант в Інституті BAER, який аналізував дані. "Але це було просто приголомшливо: час затемнення, який ми побачили в даних, збігся з передбаченим у межах пари хвилин".

Аналіз даних п′яти окремих вторинних спостережень затемнення показує, що температура TRAPPIST-1 b становить близько 500 Кельвінів, або приблизно 230°C. Команда вважає, що найімовірніша інтерпретація полягає в тому, що планета не має атмосфери.

"Ми порівняли отримані результати з комп′ютерними моделями, що показують, якою має бути температура за різних сценаріїв", - пояснює Дюкро. "Результати майже повністю відповідають чорному тілу з голого каменю і відсутності атмосфери для циркуляції тепла. Ми також не побачили жодних ознак поглинання світла вуглекислим газом, що було б помітно під час таких вимірювань".

Порівняння денної температури TRAPPIST-1 b, виміряної за допомогою MIRI, з комп′ютерними моделями, що показують, якою була б температура за різних умов. Моделі враховують відомі властивості системи, включно з розміром і щільністю планети, температурою зірки та орбітальною відстанню планети. Для довідки також показано температуру денного боку Меркурія. Яскравість денного боку TRAPPIST-1 b в 15 мікронів відповідає температурі близько 500 K (приблизно 230°C). Це узгоджується з температурою в припущенні, що планета замкнена в приливній зоні (один бік постійно повернутий до зірки), з темно забарвленою поверхнею, без атмосфери та без перерозподілу тепла з денного боку на нічний. Якби теплова енергія від зірки рівномірно розподілялася навколо планети (наприклад, за допомогою атмосфери, що циркулює та не містить вуглекислого газу), температура в ділянці 15 мікронів становила б 400 K (125°C). Якби в атмосфері була значна кількість вуглекислого газу, то планета випромінювала б іще менше 15-мікронного світла і здавалася б ще холоднішою. Хоча TRAPPIST-1 b гаряча за земними мірками, вона холодніша за денний бік Меркурія, що складається з голого каменю та не має значної атмосфери. Меркурій отримує від Сонця приблизно в 1,6 раза більше енергії, ніж TRAPPIST-1 b від своєї зірки. Credit: ESA

Це дослідження було проведено в рамках програм, покликаних допомогти в отриманні повних характеристик системи TRAPPIST-1. Наразі тривають додаткові спостереження вторинного затемнення TRAPPIST-1 b, і тепер, знаючи, наскільки якісними можуть бути дані, команда сподівається зрештою отримати повну фазову криву, що показує зміну яскравості протягом усієї орбіти. Це дасть їм змогу побачити, як змінюється температура від денного до нічного боку, і підтвердити, чи є у планети атмосфера, чи ні.

"Була одна мета, про яку я мріяв", - каже Лагаж, який працював над створенням приладу MIRI понад два десятиліття. "І це була саме вона. Вперше ми можемо виявити випромінювання від скелястої планети з помірним кліматом. Це справді важливий крок в історії відкриття екзопланет".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.