TRAPPIST-1

Джеймс Уэбб Космический телескоп обнаружил, что усиленная магнитная активность на поверхности красного карлика TRAPPIST-1 мешает определить, имеют ли какие-либо из планет в системе условия для жизни.

Попытки наблюдать атмосферы планет в системе TRAPPIST-1 осложнены неспокойной активностью на поверхности красного карлика, как показывают новые данные от космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).

В марте 2023 года инструмент MIRI (Mid-Infrared Instrument) JWST наблюдал второй транзит одной из планет системы TRAPPIST-1, известной как TRAPPIST-1b. Наблюдения показали, что данная планета, которая является самой внутренней и немного массивнее Земли, вероятно, является голой скалой без атмосферы и имеет поверхностную температуру 232 градуса Цельсия (450 градусов по Фаренгейту). Аналогичные результаты получены и для следующей планеты в системе, TRAPPIST-1c, три месяца спустя. Эти две планеты кажутся аналогами Меркурия, самой внутренней планеты нашей солнечной системы.

Новые наблюдения, проведенные командой астрономов под руководством Оливии Лим из Университета Монреаля, подтверждают эти предыдущие результаты, предоставив первый спектр планеты в системе TRAPPIST-1, конкретно TRAPPIST-1b.

Хотя плотной атмосферы на TRAPPIST-1b пока не исключают, спектр, полученный инструментом NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) JWST, не показывает признаков толстой водородом насыщенной атмосферы. Однако существует интересное допущение.

"То, что мы видим, заключается в том, что звезда абсолютно доминирует в наших наблюдениях, и это будет иметь такой же эффект на другие планеты в системе", - сказал член команды Райан Макдональд из Университета Мичигана.

Или, другими словами, этот бурный красный карлик может мешать ученым выяснить правду о том, можно ли считать TRAPPIST-1 обитаемой системой или нет.

Чтобы получить спектр атмосферы экзопланеты, требуется использование метода, известного как трансмиссионная спектроскопия. Когда планета транзитирует между своей звездой и нашей точкой наблюдения на Земле, большая часть звездного света блокируется самой планетой, но часть этого света также проходит через атмосферу планеты (если она есть). Эти лучи, проходящие через атмосферу, абсорбируются молекулами в атмосфере при характерных длинах волн. И если этот свет попадает в наши земные детекторы, ученые могут исследовать линии поглощения в спектре планеты, чтобы определить, какие газы присутствуют в атмосфере мира.

Проблема заключается в том, что красные карлики, подобные TRAPPIST-1, обычно являются очень активными звездами, с яркими факулами и большими темными пятнами на поверхности. Эти особенности мешают измерениям спектра планеты, создавая контрастные светлые и темные линии, которые могут имитировать линии поглощения.

"Помимо загрязнения от звездных пятен и факул, мы видели вспышку звезды, непредсказуемое событие, во время которого звезда выглядит ярче на несколько минут или часов", - сказала Лим. "Эта вспышка повлияла на наше измерение количества света, заблокированного планетой."

Существуют способы смягчить этот эффект.

Один из способов - попытаться моделировать, какова активность на поверхности TRAPPIST-1, и затем удалить ее из данных перед анализом. Другой - моделировать загрязнение звезды и атмосферу планеты вместе и подогнать их под различные модели спектра планеты в зависимости от разных видов атмосферы.

Команда Лим воспользовалась обоими подходами и получила одинаковый результат: у TRAPPIST-1b нет толстой водородной атмосферы, и его спектр может быть полностью описан активностью звезды.

Это неудивительно; среди всех семи планет в системе TRAPPIST-1 планета b наиболее вероятно, что у нее нет атмосферы из-за воздействия звездного ветра и насильственных вспышек звезды, которые могут сдуть атмосферу. Однако невозможно сказать, есть ли у планеты тонкая атмосфера из водяного пара, углекислого газа или метана, так как неопределенности, вызванные активностью звезды, превышают точность, необходимую для обнаружения такой атмосферы.

Это может создать серьезные проблемы при наблюдении спектра других миров в системе.

"Если мы не разберемся, как справляться со звездой сейчас, то будет намного сложнее, когда мы будем изучать планеты в зоне обитаемости - TRAPPIST-1d, e и f - чтобы выявить какие-либо атмосферные сигналы", - сказал Макдональд.

Исследование было опубликовано 22 сентября в журнале The Astrophysical Journal Letters.