Astronomowie kierowani przez zespół z Université de Montréal poczynili istotne postępy w zrozumieniu intrygującego układu egzoplanetarnego TRAPPIST-1, który odkryto po raz pierwszy w 2016 roku w ramach spekulacji, że pewnego dnia może zapewnić miejsce do życia ludziom.
Nowe badania nie tylko rzucają światło na naturę TRAPPIST-1 b, egzoplanety krążącej najbliżej gwiazdy układu, ale także pokazały znaczenie gwiazd macierzystych w badaniu egzoplanet.
Opublikowane w Astrophysical Journal Letters odkrycia astronomów z Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) należącego do UdeM oraz współpracowników z Kanady, Wielkiej Brytanii i USA rzucają światło na złożoną zależność pomiędzy aktywnością gwiazd a charakterystyką egzoplanet.
Przykuł uwagę
TRAPPIST-1, gwiazda znacznie mniejsza i chłodniejsza od naszego Słońca, znajdująca się około 40 lat świetlnych od Ziemi, przyciąga uwagę naukowców i entuzjastów kosmosu od czasu odkrycia siedmiu egzoplanet wielkości Ziemi siedem lat temu. Światy te, ciasno upakowane wokół swojej gwiazdy, a trzy z nich znajdują się w jej ekosferze, wzbudziły nadzieje na znalezienie potencjalnie nadających się do zamieszkania środowisk poza naszym Układem Słonecznym.
Naukowcy pod kierunkiem doktorantki iREx Olivii Lim wykorzystali potężny Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (JWST) do obserwacji TRAPPIST-1 b. Ich obserwacje zebrano w ramach największego kanadyjskiego programu General Observers (GO) w pierwszym roku działalności JWST. (Program ten obejmował także obserwacje trzech innych planet układu, TRAPPIST-1 c, gi h.) TRAPPIST-1 b obserwowano podczas dwóch tranzytów – momentu, w którym planeta przechodzi przed swoją gwiazdą – za pomocą teleskopu Kanadyjski instrument NIRISS na pokładzie JWST.
„To pierwsze obserwacje spektroskopowe jakiejkolwiek planety TRAPPIST-1 uzyskane przez JWST i czekaliśmy na nie od lat” powiedział Lim, główny badacz programu GO.
Ona i jej koledzy wykorzystali technikę spektroskopii transmisyjnej, aby zajrzeć głębiej w odległy świat. Analizując światło gwiazdy centralnej po przejściu przez atmosferę egzoplanety podczas tranzytu, astronomowie mogą zobaczyć unikalny odcisk palca pozostawiony przez cząsteczki i atomy znajdujące się w tej atmosferze.
„Tylko mały podzbiór”
„To tylko niewielki podzbiór wielu innych obserwacji tego wyjątkowego układu planetarnego, które dopiero nadejdą i zostaną przeanalizowane” – dodaje René Doyon, główny badacz instrumentu NIRISS i współautor badania. „Te pierwsze obserwacje podkreślają siłę NIRISS i ogólnie JWST w badaniu cienkich atmosfer wokół planet skalistych.”
Kluczowym odkryciem astronomów było to, jak znacząca jest aktywność gwiazd i skażenie podczas prób określenia natury egzoplanety. Zanieczyszczenie gwiazdowe odnosi się do wpływu cech charakterystycznych gwiazdy, takich jak ciemne plamy i jasne facule, na pomiary atmosfery egzoplanety.
Zespół znalazł przekonujące dowody na to, że zanieczyszczenie gwiazdowe odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu widm transmisyjnych TRAPPIST-1 b i prawdopodobnie innych planet układu. Aktywność gwiazdy centralnej może powodować powstawanie „sygnałów widmowych”, które mogą oszukać obserwatora, myśląc, że wykrył konkretną cząsteczkę w atmosferze egzoplanety.
Wynik ten podkreśla znaczenie uwzględnienia skażenia gwiazdowego podczas planowania przyszłych obserwacji wszystkich układów egzoplanetarnych – twierdzą naukowcy. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku systemów takich jak TRAPPIST-1, ponieważ system skupia się wokół czerwonego karła, który może być szczególnie aktywny w przypadku plam gwiezdnych i częstych rozbłysków.
„Oprócz zanieczyszczenia plamami i plamami gwiazdowymi zaobserwowaliśmy rozbłysk gwiazdowy, nieprzewidywalne zdarzenie, podczas którego gwiazda wygląda jaśniej przez kilka minut lub godzin” – powiedział Lim. „Ten rozbłysk wpłynął na nasz pomiar ilości światła blokowanego przez planetę. Takie oznaki aktywności gwiazd są trudne do modelowania, ale musimy je uwzględnić, aby mieć pewność, że prawidłowo zinterpretujemy dane”.
Zbadano szereg modeli
Na podstawie zebranych obserwacji JWST Lim i jej zespół zbadali szereg modeli atmosfery TRAPPIST-1 b, badając różne możliwe składy i scenariusze.
Odkryli, że mogą z całą pewnością wykluczyć istnienie wolnej od chmur i bogatej w wodór atmosfery – innymi słowy, wydaje się, że wokół TRAPPIST-1 b nie ma przejrzystej, rozległej atmosfery. Jednakże dane nie mogły z całą pewnością wykluczyć cieńszych atmosfer, na przykład składających się z czystej wody, dwutlenku węgla lub metanu, ani atmosfery podobnej do atmosfery Tytana, księżyca Saturna i jedynego księżyca w Układzie Słonecznym posiadającego własną atmosferę .
Wyniki te są ogólnie zgodne z wcześniejszymi (fotometrycznymi, a nie spektroskopowymi) obserwacjami TRAPPIST-1b JWST za pomocą instrumentu MIRI. Nowe badanie dowodzi również, że kanadyjski instrument NIRISS to niezwykle wydajne i czułe narzędzie, które jest w stanie badać atmosfery egzoplanet wielkości Ziemi na imponujących poziomach.