Вебб виявив водяну пару, але незрозуміло, чи від кам′янистої планети, чи від її зірки

Планета GJ 486 b трохи більша та у кілька разів масивніша за Землю. Вона обертається занадто близько до своєї зірки, щоби бути у жилій зоні. Проте, спостереження "Вебба" показують наявність водяної пари.

Про це розповідають в НАСА, передають OstanniPodii.com.

Водяна пара може бути з атмосфери, яка огортає планету, і в цьому разі вона має постійно поповнюватися через втрати під час зоряного опромінення. Але не менш імовірним варіантом є й те, що водяна пара виходить із зовнішнього шару холодної зірки-господаря планети. Додаткові спостереження "Вебба" допоможуть відповісти на це запитання: чи може кам′яниста планета зберегти або відновити атмосферу в суворих умовах поблизу зірки-червоного карлика?

Найпоширенішими зорями у Всесвіті є червоні карлики, а це означає, що кам′янисті екзопланети з високою ймовірністю будуть виявлені на орбіті такої зірки. Зорі-червоні карлики холодні, тому планета повинна обертатися навколо них по вузькій орбіті, щоб залишатися досить теплою для потенційного розміщення рідкої води (це означає, що вона перебуває в жилій зоні). Такі зорі також активні, особливо коли вони молоді, виділяючи ультрафіолетове й рентгенівське випромінювання, яке може зруйнувати атмосфери планет. У результаті одне з важливих відкритих питань в астрономії полягає в тому, чи зможе кам′яниста планета зберегти або відновити атмосферу в такому суворому середовищі.

Щоб відповісти на це питання, астрономи використовували космічний телескоп Джеймса Вебба для вивчення кам′янистої екзопланети, відомої як GJ 486 b. Вона розташована занадто близько до своєї зірки, щоб перебувати в жилій зоні, з температурою поверхні близько 430 градусів Цельсія. Проте, спостереження за допомогою Спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) "Вебба" показують натяки на водяну пару.

Якщо водяна пара пов′язана з планетою, то це вказує на те, що у неї є атмосфера, попри пекучу температуру та близьке розташування до зірки. Водяна пара вже була помічена на газоподібних екзопланетах, але досі жодна атмосфера не була остаточно виявлена навколо кам′янистої екзопланети. Однак команда попереджає, що водяна пара може перебувати на самій зірці -- зокрема, у холодних зоряних плямах -- а зовсім не на планеті.

"Ми бачимо сигнал, і він майже напевно викликаний водою. Але ми поки що не можемо сказати, чи є ця вода частиною атмосфери планети, тобто планета має атмосферу, чи ми просто бачимо сигнал води, що виходить від зірки", - каже Сара Моран з Університету Аризони в Тусоні, провідний автор дослідження.

"Водяна пара в атмосфері гарячої кам′янистої планети стане великим проривом для науки про екзопланети. Але ми маємо бути обережними й переконатися, що винуватцем не є зірка", - додав Кевін Стівенсон з Лабораторії прикладної фізики Університету Джонса Гопкінса в Лорелі, штат Мериленд, головний дослідник програми.

GJ 486 b приблизно на 30% більша за Землю і втричі масивніша, що означає, що це скелястий світ із сильнішою гравітацією, ніж у Землі. Планета обертається навколо зірки-червоного карлика за 1,5 земних дня. Очікується, що вона буде приливно заблокованою, з постійною денною й постійною нічною сторонами.

GJ 486 b проходить через свою зірку, перетинаючи її від нашої точки зору. Якщо у планети є атмосфера, то під час транзиту світло зірки фільтруватиметься через ці гази, залишаючи на світлі відбитки, які дадуть змогу астрономам розшифрувати її склад за допомогою методу, званого спектроскопією пропускання.

На цьому графіку показано спектр пропускання, отриманий під час спостережень "Вебба" кам′янистої екзопланети GJ 486 b. Аналіз наукової групи показує натяки на водяну пару; однак комп′ютерні моделі показують, що сигнал може йти від багатої водою планетарної атмосфери (показано синьою лінією) або від зоряних плям її зірки-червоного карлика (показано жовтою лінією). Дві моделі помітно розходяться в коротших інфрачервоних довжинах хвиль, що вказує на необхідність додаткових спостережень за допомогою інших інструментів Вебба для визначення джерела сигналу води. Фонова ілюстрація планети -- це концепція художника. Вебб не отримував зображення планети. 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 спостерігала два транзити, кожен з яких тривав близько години. Потім вони використовували три різні методи для аналізу отриманих даних. Результати всіх трьох методів збігаються: вони показують в основному плоский спектр з гостроцікавим підйомом на найкоротших інфрачервоних довжинах хвиль. Команда прогнала комп′ютерні моделі з урахуванням низки різних молекул і дійшла висновку, що найімовірнішим джерелом сигналу є водяна пара.

Хоча водяна пара потенційно може вказувати на наявність атмосфери на GJ 486 b, не менш правдоподібним поясненням є водяна пара від зірки. Дивно, але навіть на нашому власному Сонці водяна пара іноді може існувати в сонячних плямах, оскільки ці плями дуже холодні порівняно з навколишньою поверхнею зірки. Зоря-господар GJ 486 b набагато холодніша за Сонце, тому в її зоряних плямах могло б концентруватися ще більше водяної пари. У результаті це може створити сигнал, що імітує планетарну атмосферу.

"Ми не спостерігали ознак того, що планета перетинає будь-які зоряні плями під час транзитів. Але це не означає, що будь-де на зірці немає плям. І це саме той фізичний сценарій, який закарбував би цей сигнал води в даних і зрештою міг би виглядати як планетарна атмосфера", - пояснив Раян Макдональд з Мічиганського університету в Енн-Арборі, один зі співавторів дослідження.

Очікується, що атмосфера з водяною парою буде поступово руйнуватися під впливом зоряного нагріву та опромінення. У результаті, якщо атмосфера існує, вона, найімовірніше, має постійно поповнюватися за рахунок вулканів, що викидають пару з надр планети. Якщо вода дійсно знаходиться в атмосфері планети, необхідні додаткові спостереження, щоб визначити її кількість.

Майбутні спостереження "Вебба" можуть пролити більше світла на цю систему. У рамках майбутньої програми "Вебба" для спостереження денного боку планети буде використано Інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI). Якщо планета не має атмосфери або має лише тонку атмосферу, то найгарячіша частина денного боку, як очікується, буде знаходитися прямо під зіркою. Однак, якщо найгарячіша точка зміщена, це вказуватиме на наявність атмосфери, якою може циркулювати тепло.

Зрештою, щоб провести відмінність між сценаріями з планетарною атмосферою й зоряними плямами, знадобляться спостереження на коротших інфрачервоних хвилях за допомогою іншого інструменту "Вебба" -- Візуалізатора у ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинного спектрографа (NIRISS).

"Саме об′єднання кількох інструментів дасть змогу точно визначити, чи є у цієї планети атмосфера", - зазначив Стівенсон.

Дослідження прийнято до публікації в The Astrophysical Journal Letters.

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