Самыми распространенными звездами во Вселенной являются красные карлики, что означает, что скалистые экзопланеты, скорее всего, можно найти на орбите такой звезды. Красные карликовые звезды прохладные, поэтому планеты с ними должны быть на тесной орбите, чтобы оставаться достаточно теплыми, чтобы потенциально иметь жидкую воду (это означает, что она находится в зоне жизни).
Такие звезды также активны, особенно когда они молоды, испуская ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, которое может уничтожить атмосферу планет. Как результат, один важный открытый вопрос в астрономии состоит в том, сможет ли скалистая планета поддерживать или восстанавливать атмосферу в такой строгой среде.
Чтобы ответить на этот вопрос, астрономы использовали космический телескоп Джеймса Вебба NASA для исследования скалистой экзопланеты, известной как GJ 486 b. Она находится слишком близко к своей звезде, чтобы находиться в зоне обитания, с температурой на поверхности около 430 градусов по Цельсию. И все же их наблюдения с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Интернета (NIRSpec) демонстрируют признаки наличия водяного пара. Если водяной пар связан с планетой, это означает, что он имеет атмосферу, несмотря на высокую температуру и близость к своей звезде. Водяной пар был замечен на газообразных экзопланетах и раньше, но на сегодняшний день атмосферы вокруг скалистой экзопланеты точно не обнаружено. Однако команда предупреждает, что водяной пар может находиться на самой звезде — в частности, в прохладных звездных пятнах — а вовсе не на планете.
«Мы видим сигнал, и он почти наверняка из-за воды. Но мы еще не можем сказать, является ли эта вода частью атмосферы планеты, то есть планета имеет атмосферу, или мы просто видим водяную сигнатуру, идущую от звезды», — сказала Сара Моран из Университета Аризоны в Тусоне, ведущий автор исследования. «Водяной пар в атмосфере горячей скалистой планеты стал бы большим прорывом для науки об экзопланетах. Но мы должны быть осторожны и убедиться, что звезда не является виновником», — добавил Кевин Стивенсон из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Гопкинса в Лореле, штат Мэриленд, главный исследователь программы.
GJ 486 b примерно на 30% больше Земли и в три раза массивнее, что означает, что это скалистый мир с более сильной гравитацией, чем Земля. Планета вращается вокруг красного карлика чуть менее чем за 1,5 земных дня. Ожидается, что она будет заблокированной, с постоянной дневной стороной и постоянной ночной стороной. GJ 486 b проходит через свою звезду, пересекая ее перед звездой с нашей точки зрения. Если планета имеет атмосферу, то при прохождении через нее звездный свет будет фильтроваться через эти газы, оставляя определенные отпечатки в свете, что позволит астрономам расшифровать его состав с помощью трансмиссионной спектроскопии.
Команда наблюдала два транзита, каждый из которых длился около часа. Затем они использовали три разных метода для анализа полученных данных. Результаты всех трех согласованы в том, что они показывают преимущественно плоский спектр с интригующим ростом на кратчайших инфракрасных волнах. Команда создала компьютерные модели, учитывая целый ряд различных молекул, и пришла к выводу, что наиболее вероятным источником сигнала является водяной пар.
Хотя водяной пар потенциально может указывать на наличие атмосферы на GJ 486 b, не менее правдоподобным объяснением является водяной пар от звезды. Удивительно, но даже на нашем собственном Солнце водяной пар иногда может существовать в солнечных пятнах, поскольку эти пятна очень холодны по сравнению с окружающей поверхностью звезды. Главная звезда GJ 486 b гораздо холоднее Солнца, поэтому в ее звездных пятнах будет концентрироваться даже больше водяного пара. В результате это может создать сигнал, имитирующий атмосферу планеты.
«Мы не наблюдали доказательств того, что планета пересекает какие-либо звездные пятна во время транзита. Но это не значит, что в другом месте звезды нет пятен. И это именно тот физический сценарий, который бы впечатал этот сигнал воды в данных и мог бы выглядеть как атмосфера планеты», – объяснил Райан Макдональд из Мичиганского университета в Энн-Арборе, один из соавторов исследования.
Ожидается, что водяной пар в атмосфере постепенно распадется из-за нагревания и облучения звезд. В результате, если атмосфера присутствует, ее, вероятно, придется постоянно пополнять вулканами, выбрасывающими пару из недр планеты. Если вода действительно находится в атмосфере планеты, необходимы дополнительные наблюдения, чтобы сузить количество воды.
Будущие наблюдения Вебба могут пролить больше света на эту систему с использованием инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI) для наблюдения за дневной стороной планеты. Если у планеты нет атмосферы или только тонкая атмосфера, то ожидается, что самая жаркая часть дня будет непосредственно под звездой. Однако если горячая точка сдвигается, это указывает на то, что атмосфера может циркулировать тепло.
В конце концов, наблюдения в более коротких инфракрасных длинах волн с помощью другого прибора Вебба, аппарата для изображений в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевого спектрографа (NIRISS), потребуются, чтобы различать сценарии планетарной атмосферы и звездных пятен. «Это объединение нескольких инструментов вместе, которые действительно смогут определить, есть ли на этой планете атмосфера или нет», — сказал Стивенсон.
Исследование принято к публикации в The Astrophysical Journal Letters.
