5 Minuten
Nauji JWST stebėjimai tiria TRAPPIST-1e atmosferą
Mokslininkai, kuriuos vadovauja tyrėjas K. Glidden ir jo bendradarbiai, žengė pirmuosius žingsnius link bet kokios TRAPPIST-1e, Žemės dydžio egzoplanetos maždaug už 40 šviesmečių, atmosferos sudėties nustatymo. Naudodami James Webb kosminio teleskopo (JWST) transmisinę spektroskopiją, komanda analizavo žvaigždės šviesą, praeinančią pro planetos limbą per tranzitus, siekdama surasti būdingus absorbcijos ir emisijos bruožus, kuriuos sukuria atomai ir molekulės planetos atmosferoje.
Kaip transmisinė spektroskopija atskleidžia atmosferos dujas
Tuo metu, kai žvaigždžių fotonai praeina pro planetos atmosferą, tam tikri bangos ilgiai yra selektyviai absorbuojami ir išsklaidomi atmosferos sudedamųjų dalelių. Įrašytame spektre tokie procesai pasirodo kaip santykinio pritemimo ar pašviesėjimo juostos tam tikruose bangos ilgiuose. Lygindami šių spektrinių bruožų gilį ir formą su modeliais dujoms, tokioms kaip anglies dioksidas (CO2), metanas (CH4), vandens garai (H2O), molekulinis azotas (N2) ir izotopinėms variacijoms (pvz., deuterio turinčioms rūšims), tyrėjai gali daryti prielaidas apie tikėtiną atmosferos dujų mišinį.
Pagrindinės išvados: spektras palankus azotui, stipriai CO2 ir deuterio scenarijams mažai tikėtina
Iki šiol analizė JWST duomenų nepalankiai vertina tankią, CO2 dominuojančią atmosferą, panašią į Venerą, arba ploną CO2 gausią Marsą primenančią atmosferą. Stebėjimai taip pat prieštarauja atmosferai, kurią dominuotų deuteriu praturtintas vandenilis kartu su stipriais CO2 ir metano požymiais. Vietoje to, transmisijos spektras yra labiausiai suderinamas su sudėtimi, kurioje vyrauja molekulinis azotas (N2), o anglies dioksido ir metano kiekiai yra tik seklaus lygio.
Šis rezultatas svarbus, nes Žemės atmosfera sudaryta maždaug iš 78 procentų molekulinio azoto. Jei vėlesni stebėjimai patvirtins šiuos pradinius aptikimus, TRAPPIST-1e galėtų būti laikoma labiausiai Žemę primenančia iki šiol charakterizuota egzoplaneta pagal bendrą atmosferos sudėtį. Tačiau dabartiniai išvados turi neapibrėžtumų: signalas yra subtilus ir priklauso nuo modelių, todėl papildomi JWST stebėjimai jau suplanuoti, kad patvirtintų arba paneigtų atmosferos buvimą.
Kodėl šis rezultatas yra intriguojantis, bet laikinas
- Molekulinis azotas daugelyje bangos ilgių yra spektriškai tylus, todėl jį tiesiogiai aptikti sunkiau nei molekules su stipriomis absorbcijos juostomis (pvz., CO2 ar CH4). Išvada apie N2 gausią atmosferą todėl remiasi kitų sudėčių laukiamų stiprių požymių nebuvimu ir subtiliais kontinuumo efektais.
- Seklaus kiekio CO2 ir metano vis dar gali būti stebimos sudėtyje ir būti suderinami su įrašu; jų aptikimui reikalingas didesnis signalas prieš triukšmą ir platesnis bangos ilgių aprėptis.
- Žvaigždės aktyvumas ir instrumentinės sistematikos gali komplikuoti mažų spektrinių bruožų interpretaciją; šio rezultato patvirtinimui reikalingi pakartotiniai tranzitai ir papildomos analizės.
Mokslinis kontekstas, misijos detalės ir pasekmės
TRAPPIST-1e yra viena iš septynių planetų, skriejančių aplink ultralauktinę nykštukę sistemoje TRAPPIST-1. Jos dydis ir vidutinio atstumo orbita ją iškėlė į vieną perspektyviausių tikslų atmosferos charakterizavimui su JWST. Transmisinė spektroskopija, pasinaudojant JWST dideliu jautrumu infraraudonajame diapazone, pirmą kartą leidžia tirti mažų, uolėtų planetų atmosferas.
Glidden ir kolegų tyrimas paskelbtas dviejuose lydimuosiuose straipsniuose žurnale The Astrophysical Journal Letters. Jų požiūris apjungia išsamius spektrinius atkasimus (retrievals) ir palyginamąją modeliavimą, testuojant scenarijus nuo vandeniliu dominuojančių apvalkalų iki azotu turtingų, antrinių atmosferų, labiau analogiškų Žemei.
Jei bus patvirtinta, N2 dominuojanti atmosfera TRAPPIST-1e turėtų didelę reikšmę egzoplanetų tinkamumo gyventi tyrimams. Molekulinis azotas veikia kaip foninė duja, įtakojanti atmosferos slėgį ir klimatą, kas esant tinkamoms sąlygoms gali leisti egzistuoti skystam lietingam vandeniui paviršiuje. Netiesioginis N2 aptikimas todėl padeda tikslinti paviršiaus sąlygų ir planetos potencialo talpinti gyvybę, kokią mes pažįstame, vertinimus.
Ekspertės įžvalga
Dr. Elena Morales, astrofizikė, specializuojanti egzoplanetų atmosferose, komentuoja: "Azotu dominuojančios atmosferos aptikimas Žemės dydžio planetoje būtų kertinis pasiekimas. Pats N2 sunkiai pastebimas, todėl šis rezultatas, jei bus patvirtintas, parodo, kaip galingai veikia sujungti JWST stebėjimai ir kruopštus modeliavimas. Kiti JWST stebėjimų ciklai bus lemiami — jie arba sustiprins šį vaizdą, arba atskleis kitokią sudėtį."
Dr. Morales priduria, kad pažanga atkasimo metodikose ir tarp-instrumentų kalibracija bus būtina, norint atskirti planetinius signalus nuo žvaigždės kintamumo ir instrumentų triukšmo. "Mes žengiame į etapą, kuriame tvari statistinė atmosferų validacija bus tokia pat svarbi kaip ir pradiniai aptikimai," — sako ji.
Ateities perspektyvos ir kiti žingsniai
TRAPPIST-1e ir jos giminaičių planetoms jau skirta daugiau JWST stebėjimų laiko. Artėjantys tranzitų stebėjimai praplės bangos ilgių aprėptį, padidins signalo ir triukšmo santykį bei patikrins alternatyvias atmosferos sudėtis. Žemės stebėjimai ir lygiagrečios modeliavimo iniciatyvos padės patikslinti galimų paviršiaus slėgių ir temperatūrų įverčius.
Ilgesniu laikotarpiu reikės sujungtų atmosferos sudėties, paviršiaus sąlygų ir galimų biosignatūrų duomenų, kad būtų įvertintas tinkamumas gyvybei. Ateities misijoms skirtos priemonės kartu su JWST išplės spektrinę aprėptį ir jautrumą, kas padės išnarplioti sudėtingą mažų egzoplanetų atmosferinę cheminių procesų raidą.
Išvada
Ankstyvieji JWST transmisijos spektrai TRAPPIST-1e palankūs atmosferai, dominuojamai molekuliniu azotu su nedidelėmis anglies dioksido ir metano priemaišomis, tuo tarpu ryškiai CO2 dominuojantys arba deuteriu praturtinto vandenilio scenarijai atmetami. Išvados yra preliminarios, bet reikšmingos: jei bus patvirtinta, TRAPPIST-1e galėtų būti labiausiai Žemę primenanti iki šiol ištirta egzoplaneta. Papildomi JWST stebėjimai ir kruopštus modeliavimas jau vykdomi ir nustatys, ar šis netolimas uolėtas pasaulis iš tikrųjų turi azotu turtingą atmosferą, galinčią palaikyti umierkius paviršiaus klimatus.
Quelle: sciencealert
Kommentar hinterlassen