5 Minutės
Nauji JWST stebėjimai tiria TRAPPIST-1e atmosferą
Mokslininkai, kuriems vadovauja tyrėjas K. Gliddenas ir bendradarbiai, žengė pirmuosius žingsnius link bet kokios atmosferos aplink TRAPPIST-1e, Žemės dydžio egzoplanetą už maždaug 40 šviesmečių, sudėties nustatymo. Pasitelkę transliacinę spektroskopiją iš Džeimso Vebo kosminio teleskopo (JWST), komanda analizavo per planetos limbą tranzitų metu praleistą žvaigždžių šviesą, ieškodama charakteringų absorbcijos ir emisijos požymių, kuriuos sukelia atomai ir molekulės planetos atmosferoje.
Kaip transliacinė spektroskopija atskleidžia atmosferos dujas
Kai žvaigždinės fotonai praeina per planetos atmosferą, tam tikri bangos ilgiai yra selektyviai absorbuojami ir vėl spinduliuojami atmosferos sudedamųjų dalių. Užfiksuotame spektre šie procesai pasireiškia kaip santykinio blankumo arba pagyvėjimo juostos tam tikruose bangos ilgiuose. Palyginę šių spektrinių požymių gylį ir formas su modeliais, kuriuose aptariamos dujos, tokios kaip anglies dioksidas (CO2), metanas (CH4), vandens garai (H2O), molekulinis azotas (N2) ir izotopiniai variantai (pvz., deuterį turinčios rūšys), tyrėjai gali spręsti apie tikėtiną dujų mišinį, formuojantį atmosferą.
Pagrindiniai rezultatai: spektro parama azotui, maža tikimybė stipriai CO2 arba deuterio scenarijams
Iki šiol analizuoti JWST duomenys mažina tikimybę tankiai, CO2 dominuojančiai atmosferei, panašiai kaip Veneroje, arba plonai, CO2 turinčiai Marso atmosferai. Stebėjimai taip pat prieštarauja scenarijams, kur dominuoja deuteriu praturtintas vandenilis kartu su stipriais CO2 ir metano signalais. Vietoje to transliacijos spektras labiausiai dera su sudėtimi, kurioje dominuoja molekulinis azotas (N2), su nedideliais anglies dioksido ir metano kiekiais.
Šis rezultatas yra reikšmingas, nes Žemės atmosfera maždaug 78 procentais susideda iš molekulinio azoto. Jei vėlesni stebėjimai patvirtins šiuos pradinius aptikimus, TRAPPIST-1e galėtų būti laikoma iki šiol labiausiai Žemei panašia egzoplaneta pagal bendrą atmosferos sudėtį. Tačiau dabartinė išvada yra iš dalies neaiški: signalas yra subtilus ir priklausomas nuo modelių, todėl papildomi JWST stebėjimai jau suplanuoti, kad patvirtintų arba paneigtų atmosferos buvimą.
Kas daro šį rezultatą viliojantį, bet preliminarų
- Molekulinis azotas yra spektriškai tylus daugelyje bangos ilgių, todėl jį tiesiogiai aptikti sudėtingiau nei molekules su stipriomis absorbcijos juostomis (pvz., CO2 arba CH4). N2 dominuojančios atmosferos išvados todėl remiasi kitų sudėčių stiprių požymių nebuvimu ir subtiliais kontinumo efektais.
- Nedideli CO2 ir metano kiekiai vis tiek gali būti esantys lygiuose, suderinamuose su stebimu spektru; jų aptikimui reikia didesnio signalo ir platesnės bangos ilgio aprėpties.
- Žvaigždžių aktyvumas ir instrumentiniai sisteminiai trukdžiai gali komplikuoti mažų spektrinių požymių interpretaciją; rezultato patvirtinimui reikalingi daugybiniai tranzitai ir papildomos analizės.
Mokslinis kontekstas, misijos išsamumas ir pasekmės
TRAPPIST-1e yra viena iš septynių planetų, skriejančių aplink ultravėsų nykštuką TRAPPIST-1 sistemoje. Jos dydis ir palankus orbitinis atstumas padarė ją viena iš perspektyviausių taikinių atmosferos charakterizavimui su JWST. Transliacinė spektroskopija, kuri išnaudoja JWST didelį jautrumą infraraudonajame diapazone, leidžia pirmą kartą tirti mažų, uolėtų pasaulių atmosferas.
Gliddeno ir kolegų tyrimas pateikiamas dviejuose palydoviniuose straipsniuose žurnale The Astrophysical Journal Letters. Jų metodika apjungia detalius spektrinius atkūrimus ir palyginamąjį modeliavimą, kad patikrintų scenarijus nuo vandeniliu dominuojančių apvalkalų iki azotu turtingų, antrinių atmosferų, labiau analogiškų Žemei.
Jei tai bus patvirtinta, N2 dominuojanti atmosfera TRAPPIST-1e turėtų didelę reikšmę egzoplanetų gyvybingumo tyrimams. Molekulinis azotas veikia kaip fono dujos, darančios įtaką paviršiaus slėgiui ir klimatui, leidžiančios esant tinkamoms sąlygoms palaikyti paviršinį skystą vandenį. N2 netiesioginis aptikimas todėl padeda tikslinti paviršiaus sąlygų ir planetos potencialo talpinti gyvybę kaip mes ją pažįstame įverčius.
Ekspertės įžvalga
Dr. Elena Morales, astrofizikė, specializuojanti egzoplanetų atmosferose, komentuoja: "Azotu dominuojančios atmosferos aptikimas Žemės dydžio pasaulyje būtų milžiniškas žingsnis. Pats N2 yra sunkiai pastebimas, tad šis rezultatas, jei jis bus patvirtintas, parodo, kokia galinga gali būti JWST stebėjimų kombinacija ir kruopštus modeliavimas. Kiti JWST programų ciklai bus lemiami — jie arba sustiprins šį vaizdą, arba atskleis kitokią sudėtį."
Dr. Morales priduria, kad pažanga atkūrimo (retrieval) metodikose ir kryžminė instrumentų kalibracija bus esminiai, norint atskirti planetinius signalus nuo žvaigždžių kintamumo ir instrumentų triukšmo. "Įžengiame į etapą, kuriame tvirta statistinė atmosferų validacija bus tokia pat svarbi kaip pradiniai aptikimai," — teigia ji.
Ateities perspektyvos ir tolesni žingsniai
Daugiau JWST stebėjimo laiko jau paskirta TRAPPIST-1e ir jos giminaičių planetoms. Būsimieji tranzitų stebėjimai išplės bangos ilgių aprėptį, padidins signalą prie triukšmo ir patikrins alternatyvias atmosferos sudėtis. Žemės paviršiaus stebėjimai ir lygiagretūs modelių rengimo darbai tikslins galimų paviršiaus slėgių ir temperatūrų įverčius.
Ilgesniu laikotarpiu derinami atmosferos sudėties, paviršiaus sąlygų ir galimų biosignatūrų duomenys bus būtini vertinant gyvybingumą. Būsimiems misijoms skirtos priemonės kartu su JWST išplės spektrinę aprėptį ir jautrumą, padėdamos išnarplioti sudėtingą atmosferinę cheminių mažųjų egzoplanetų.
Išvados
Ankstyvieji JWST transliaciniai spektrai TRAPPIST-1e labiau palaiko molekulinio azoto dominuojančią atmosferą su saikingais anglies dioksido ir metano pėdsakais, tuo tarpu stipriai CO2 dominuojantys arba deuteriu praturtinti vandenilio scenarijai yra mažiau tikėtini. Tai preliminarus, bet svarbus radinys: jei jis bus patvirtintas, TRAPPIST-1e galėtų būti iki šiol geriausiai Žemei panaši egzoplaneta. Papildomi JWST stebėjimai ir kruopštus modeliavimas jau vyksta ir nuspręs, ar šis netolimas uolėtas pasaulis iš tiesų turi azotimi turtingą atmosferą, galinčią palaikyti švelnias paviršines sąlygas.
Šaltinis: sciencealert
Komentarai