Найпоширенішими зірками у Всесвіті є червоні карлики, що означає, що скелясті екзопланети, швидше за все, можна знайти на орбіті такої зірки. Червоні карликові зірки прохолодні, тому планети з ними повинні бути на тісній орбіті, щоб залишатися достатньо теплими, щоб потенційно мати рідку воду (це означає, що вона знаходиться в зоні життя).
Такі зірки також активні, особливо коли вони молоді, випускаючи ультрафіолетове та рентгенівське випромінювання, яке може знищити атмосферу планет. Як результат, одне важливе відкрите питання в астрономії полягає в тому, чи зможе скеляста планета підтримувати або відновлювати атмосферу в такому суворому середовищі.
Щоб відповісти на це запитання, астрономи використали космічний телескоп Джеймса Вебба NASA для дослідження скелястої екзопланети, відомої як GJ 486 b. Вона знаходиться надто близько до своєї зірки, щоб бути в зоні проживання, з температурою на поверхні близько 430 градусів за Цельсієм. І все ж їхні спостереження за допомогою спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону Вебба (NIRSpec) демонструють ознаки наявності водяної пари. Якщо водяна пара пов’язана з планетою, це означатиме, що вона має атмосферу, незважаючи на високу температуру та близькість до своєї зірки. Водяна пара була помічена на газоподібних екзопланетах і раніше, але на сьогоднішній день атмосфери навколо скелястої екзопланети точно не виявлено. Однак команда попереджає, що водяна пара може бути на самій зірці — зокрема, у прохолодних зоряних плямах — а зовсім не на планеті.
«Ми бачимо сигнал, і він майже напевно через воду. Але ми ще не можемо сказати, чи ця вода є частиною атмосфери планети, тобто планета має атмосферу, чи ми просто бачимо водяну сигнатуру, що йде від зірки», — сказала Сара Моран з Університету Арізони в Тусоні, провідний автор дослідження. «Водяна пара в атмосфері гарячої скелястої планети стала б великим проривом для науки про екзопланети. Але ми повинні бути обережними і переконатися, що зірка не є винуватцем», — додав Кевін Стівенсон з Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Гопкінса в Лорелі, штат Меріленд, 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 Земля. Планета обертається навколо червоного карлика трохи менше ніж за 1,5 земних дня. Очікується, що вона буде припливно заблокованою, з постійною денною стороною та постійною нічною стороною. GJ 486 b проходить через свою зірку, перетинаючи її перед зіркою з нашої точки зору. Якщо планета має атмосферу, то під час проходження через неї зоряне світло фільтруватиметься крізь ці гази, залишаючи певні відбитки у світлі, що дозволить астрономам розшифрувати його склад за допомогою трансмісійної спектроскопії.
Команда спостерігала два транзити, кожен з яких тривав близько години. Потім вони використали три різні методи для аналізу отриманих даних. Результати всіх трьох узгоджені в тому, що вони показують переважно плаский спектр з інтригуючим зростанням на найкоротших інфрачервоних хвилях. Команда створила комп’ютерні моделі, враховуючи низку різних молекул, і прийшла до висновку, що найбільш імовірним 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. Головна зірка GJ 486 b набагато холодніша за Сонце, тому в її зоряних плямах буде концентруватися навіть більше водяної пари. В результаті це може створити сигнал, який імітує атмосферу планети.
«Ми не спостерігали доказів того, що планета перетинає будь-які зоряні плями під час транзиту. Але це не означає, що в іншому місці зірки немає плям. І це саме той фізичний сценарій, який вдрукував би цей сигнал води в даних і міг би виглядати як атмосфера планети», – пояснив Райан Макдональд з Мічиганського університету в Енн-Арборі, один із співавторів дослідження.
Очікується, що водяна пара в атмосфері поступово розпадеться через нагрівання та опромінення зірок. У результаті, якщо атмосфера присутня, її, ймовірно, доведеться постійно поповнювати вулканами, які викидають пару з надр планети. Якщо вода справді є в атмосфері планети, необхідні додаткові спостереження, щоб звузити кількість води.
Майбутні спостереження Вебба можуть пролити більше світла на цю систему з використанням інструмента середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) для спостереження за денною стороною планети. Якщо планета не має атмосфери або має лише тонку атмосферу, то очікується, що найспекотніша частина дня буде безпосередньо під зіркою. Однак якщо найгарячіша точка зсувається, це вказує на те, що атмосфера може циркулювати тепло.
Зрештою, спостереження в більш коротких інфрачервоних довжинах хвиль за допомогою іншого приладу Вебба, апарату для зображень у ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинного спектрографа (NIRISS), будуть потрібні, щоб розрізняти сценарії планетарної атмосфери та зоряних плям. «Це об’єднання кількох інструментів разом, які дійсно зможуть визначити, чи є на цій планеті атмосфера чи ні», — сказав Стівенсон.
Дослідження прийнято до публікації в The Astrophysical Journal Letters.
