Helio atmosfera aptikta uolinėje LHS 1140 b planetoje

Įsivaizduokite mažą pasaulį už 50 šviesmečių, kuris tebelaiko savo gimimo atodūsį: ploną, helio turtingą sluoksnį, besilaikantį prie uolinės planetos, esančios ten, kur galėtų egzistuoti skystas vanduo. Skamba kaip mokslinė fantastika, tačiau būtent tai pranešė astronomų komanda stebėjusi, kaip LHS 1140 b praeina prieš savo žvaigždę.

LHS 1140 b nėra dujų milžinas. Tai tanki superžemė — maždaug 5,2 Žemės masės ir apie 1,7 karto didesniu spinduliu — skriejanti aplink vėsią raudoną nykštukę. Toks derinys deda ją tiksliai į žvaigždės gyvybingumo zoną, kur temperatūros gali leisti egzistuoti vandenynams. Iki šiol atmosferos įtikinamai buvo stebimos tik išsipūtusioms, smarkiai įkaitusioms egzoplanetoms; atmosferos aptikimas aplink uolinį, vidutinės temperatūros pasaulį yra pirmas toks atvejis.

Vėjuotos, karšto Jupiterio tipo planetos ir jos magnetinio lauko iliustracija.

Kaip jie tai padarė? Sugavę planetą tranzito metu ir perskaitydami žvaigždės šviesos pirštą, perėjusį per bet kokius aplinkinius dujų sluoksnius. Naudodami WINERED spektrografą Las Campanas observatorijoje Čilėje, komanda fiksavo helio linijas per retą naktį 2024 metų rugsėjį, kai LHS 1140 b ir jos giminaitė planeta abu pravažiavo prieš savo žvaigždę. Per tą ploną uždangą filtruota šviesa atskleidė paslaptį: helio absorbcija buvo pastebėta LHS 1140 b, bet ne jos kaimynėje.

Tokia absorbcija nėra statiška. Stebėjimai rodo helio srautą, besišalinantį tempais, siekiančiais šimtus tūkstančių kilogramų per sekundę, ir kaitinamą žvaigždės spinduliuotės iki temperatūrų, viršijančių 4 700 °C. Toks srautas greičiausiai įgauna dinamiką dėl sąveikų su žvaigžde — nuo žvaigždžių vėjų iki magnetinių laukų — ir, regis, kinta laike, nes 2025 metų sekimo stebėjimuose tas pats signalas nebuvo aptiktas.

Transito metodo apžvalga, dažnai naudojamo egzoplanetoms aptikti.

Kodėl helis apskritai ten lieka? Atrasta patvirtina modelį, kurį parengė pagrindinis autorius Collin Cherubim, kartu su Robin Wordsworth konsultacija, ir kuris rodo, kaip kai kurios mažos planetos gali prarasti lengvą vandenilį, bet išsaugoti sunkesnį helį — procesas vadinamas masine frakcionacija. Rezultatas yra helio dominuojanti atmosfera, pasaulių klasė, kurią Cherubim pavadino "helio pasauliais". Pagal komandos skaičiavimus, LHS 1140 b yra tokioje zonoje: pakankamai toli nuo žvaigždės, kad išvengtų visiško atmosferos nuplovimo, bet pakankamai arti, kad dalis pradininio helio būtų išlikusi.

Šioje istorijoje yra netikėtų ilgaamžiškumo užrašų. Nepaisant raudonųjų nykštukių reputacijos dėl stiprių blyksnių ir intensyvios ultravioletinės bombarduotės ankstyvais gyvenimo etapais, LHS 1140 b, regis, išsaugojo dalį savo pradininės atmosferos daugiau nei tris milijardus metų. Ji gauna tik apie 42 procentus to žvaigždės energijos, kurią Žemė gauna iš Saulės, veiksnys, galėjęs padėti išsaugoti tą trapią uždangą.

Padariniai yra dvigubi. Pirma, tai pirmas tvirtas atmosferos aptikimas aplink uolinę planetą, esančią kitos žvaigždės gyvybingumo zonoje — ženklas, kuris perstumia egzoplanetų tyrimus nuo paprasto katalogavimo prie realios vidutinės temperatūros uolinių pasaulių atmosferų charakterizacijos. Antra, radinys pabrėžia, kad žemės stebėjimo instrumentai išlieka esminiais partneriais kosminiams teleskopams, tokiems kaip James Webb kosminis teleskopas (JWST). Naudojant atsargią techniką ir stabilias naktis, žemės observatorijos gali aptikti svetimų dujų spektrinius pėdsakus.

Nesusijusi egzoplaneta su dviem helio uodegomis, atrasta James Webb kosminio teleskopo. 

Ką daryti toliau? Daugiau spektrų. Skirtingi bangų ilgiai. Gili, kantri paieška siekiant nustatyti, ar LHS 1140 b turi vandens garų, sunkesnių molekulių ar paviršiaus sąlygų, suderinamų su vandenynais. Jei helis yra formavimosi reliktas, jis taip pat gali uždangstyti arba imituoti kitus požymius; tokių signalų atskyrimas reikalauja tolesnių stebėjimų tiek iš žemės, tiek iš kosmoso.

Straipsnis, paskelbtas žurnale Science, skamba kaip naujos eros atidarymo skyrius, kurioje ne tik dujų milžinai, bet ir kuklūs, potencialiai tinkami gyvenimui pasauliai yra tiriami atmosferos forenzikos metodais. Jis kelia skubų klausimą: kiek dar ramių, uolinių planetų slepia silpnas atmosferas, kurias galėtume aptikti, jei žinotume, kur ir kaip žiūrėti?