Webb rejestruje widma transmisyjne TRAPPIST-1b

TRAPPIST-1 to pobliski układ siedmiu skalistych egzoplanet wielkości Ziemi, umiarkowanych, przechodzących przez ultrachłodnego czerwonego karła wielkości Jowisza, idealnie nadającego się do dogłębnych badań atmosfery. za pomocą Narzędzie Neresa Na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba NASA/ESA/CSA astronomowie zarejestrowali właśnie pierwsze widma transmisyjne TRAPPIST-1b, najbardziej wewnętrznej planety w układzie TRAPPIST-1.

Artystyczna wizja skalistej planety TRAPPIST-1b. Zdjęcie: NASA/ESA/CSA/J. Olmsted, STScI.

TRAPPIST-1 to ultrachłodny karzeł M znajdujący się 38,8 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Wodnika.

Gwiazda ta, znana również jako K2-112 lub TIC 278892590, jest niewiele większa od Jowisza, a jej masa stanowi zaledwie 8% masy naszego Słońca.

W lutym 2017 roku astronomowie ogłosili, że w tej gwieździe znajduje się co najmniej siedem planet: TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g i h.

Wszystkie te planety są podobnej wielkości do Ziemi i Wenus lub nieco mniejsze i mają bardzo krótkie okresy orbitalne: odpowiednio 1,51, 2,42, 4,04, 6,06, 9,21, 12,35 i 20 dni.

Trzy z tych planet znajdują się w ekosferze wokół gwiazdy, co oznacza, że ​​mogą na nich panować warunki odpowiednie do życia.

TRAPPIST-1b, najbardziej wewnętrzna planeta, ma odległość orbitalną około 100 odległości orbitalnej Ziemi i otrzymuje około czterokrotnie więcej energii ze Słońca niż Ziemia.

Chociaż nie znajduje się ona w strefie zamieszkiwalnej, obserwacje planety mogą dostarczyć ważnych informacji o jej planetach siostrzanych, a także o innych układach czerwonych karłów.

W nowych badaniach doktorantka Uniwersytetu w Montrealu Olivia Lim i jej współpracownicy wykorzystali Webba do obserwacji TRAPPIST-1b.

Planetę obserwowano podczas dwóch tranzytów – momentu, w którym planeta przechodzi przed swoją gwiazdą – za pomocą instrumentu NIRISS Webba.

„To pierwsze w historii obserwacje spektroskopowe jakiejkolwiek planety w układzie TRAPPIST-1, które uzyskał Webb, na które czekaliśmy od lat” – powiedział Lim, główny autor badania. papier Opublikowane w Listy do dzienników astrofizycznych.

Astronomowie wykorzystali spektroskopię transmisyjną, aby zajrzeć głębiej w odległy świat.

Analizując światło gwiazdy centralnej po jej przejściu przez atmosferę egzoplanety podczas tranzytu, astronomowie mogą zobaczyć unikalny ślad pozostawiony przez cząsteczki i atomy wewnątrz tej atmosfery.

„To tylko niewielki podzbiór wielu innych obserwacji tego wyjątkowego układu planetarnego, które nie zostały jeszcze przeanalizowane” – powiedział dr René Doyon, główny badacz NIRISS, również z Uniwersytetu w Montrealu.

„Te pierwsze obserwacje podkreślają ogólną zdolność NIRISS i Webba do badania cienkich atmosfer wokół planet skalistych”.

Głównym odkryciem zespołu było znaczenie aktywności gwiazd i zanieczyszczeń przy próbach określenia natury egzoplanety.

Zanieczyszczenie gwiazdowe odnosi się do wpływu specjalnych cech gwiazdy, takich jak ciemne plamy i jasna twarz, na pomiary atmosfery egzoplanety.

Naukowcy znaleźli przekonujące dowody na to, że zanieczyszczenie gwiazdowe odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu widm transmisyjnych TRAPPIST-1b i prawdopodobnie innych planet w układzie.

Aktywność gwiazdy centralnej może powodować powstawanie „sygnałów widmowych”, które mogą oszukać obserwatora, myśląc, że wykrył konkretną cząsteczkę w atmosferze egzoplanety.

Wynik ten podkreśla znaczenie uwzględnienia skażenia gwiazdowego podczas planowania przyszłych obserwacji wszystkich układów egzoplanetarnych.

Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku systemów takich jak TRAPPIST-1, ponieważ system skupia się wokół czerwonego karła, który może być szczególnie aktywny w przypadku plam gwiazdowych i częstych rozbłysków.

„Oprócz zanieczyszczeń plamami i facjami gwiazdowymi zaobserwowaliśmy rozbłysk gwiazdowy, nieprzewidywalne zdarzenie, podczas którego gwiazda wydaje się jaśniejsza przez kilka minut lub godzin” – powiedział Lim.

„Ten rozbłysk wpłynął na nasze pomiary ilości światła blokowanego przez planetę”.

„Takie sygnatury aktywności gwiazd są trudne do modelowania, ale musimy wziąć je pod uwagę, aby mieć pewność, że poprawnie interpretujemy dane”.

W oparciu o nowe obserwacje Webba naukowcy zbadali szereg modeli atmosferycznych dla TRAPPIST-1b, badając różne możliwe kombinacje i scenariusze.

Odkryli, że mogą z całą pewnością wykluczyć istnienie wolnej od chmur i bogatej w wodór atmosfery — innymi słowy wydaje się, że wokół TRAPPIST-1b nie ma przejrzystej, rozległej atmosfery.

Jednak dane nie mogą definitywnie wykluczyć obecności cienkich atmosfer, na przykład składających się z czystej wody, dwutlenku węgla lub metanu, ani atmosfery podobnej do Tytana, jednego z księżyców Saturna i jedynego księżyca w Układzie Słonecznym posiadającego własną atmosferę. .

Wyniki te są ogólnie zgodne z wcześniejszymi obserwacjami optycznymi TRAPPIST-1b za pomocą Webba wesołe narzędzie.

_____

Oliwia Lim i in. 2023. Rekonesans atmosferyczny TRAPPIST-1b za pomocą JWST/NIRISS: Dowody na silne zanieczyszczenie gwiazdowe w widmach transmisyjnych. ApJL 955, L22; doi: 10.3847/2041-8213/acf7c4