JWST вперше досліджує поверхню екзопланети з кам'янистою структурою - Казка про Космос

Космічний телескоп Джеймса Вебба щойно подолав нову межу. Вперше він безпосередньо охарактеризував поверхню екзопланети з кам'янистою структурою, не вдаючись до аналізу атмосфери. Мета: LHS 3844 b, суперземля на відстані 50 світлових років від нас. Те, що JWST там виявив, не має нічого гостинного. Темний, гарячий камінь, без атмосфери. Гігантський Місяць, що обертається навколо холодної зірки.

~50 св. р. Відстань до LHS 3844 b від Землі

+30% Більша за Землю в радіусі

~725°C Температура денного боку, постійно підданого впливу

1-й раз Пряме дослідження поверхні екзопланети з кам'янистою структурою

LHS 3844 b: що ми знали до JWST

Суперземля, зафіксована на своїй зірці

LHS 3844 b обертається навколо холодної червоної карликової зірки, з періодом обертання всього 11 годин. Ця надзвичайна близькість має негайні наслідки: планета перебуває в синхронному обертанні, як наш Місяць з Землею. Одна сторона завжди звернена до зірки, інша – в постійній темряві та холоді, близькому до абсолютного нуля.

Перед новими спостереженнями JWST астрономи вже мали деякі підказки. Дані з космічного телескопа Спітцера вказували на темну поверхню та відсутність густої атмосфери. Але Спітцер не дозволяв йти далі. Чутливість JWST, зокрема його інструменту MIRI, радикально змінює те, що можна виміряти.

Що таке суперземля?

Суперземля – це кам'яниста планета, маса якої більша за Землю, але менша за газового гіганта, такого як Нептун. Вони є одними з найпоширеніших типів планет у нашій галактиці. Деякі можуть мати океани, атмосферу або умови, сприятливі для життя. Але багато, як LHS 3844 b, виявляються ворожими, гарячими та стерильними світами.

Що виміряв JWST: світова першість

Читання тепла з поверхні на відстані 50 світлових років

Використана техніка називається вторинним затемненням. Коли LHS 3844 b проходить за своєю зіркою, комбіноване світло системи трохи зменшується. Віднявши світло тільки від зірки, ми отримуємо внесок планети. Цей незначний сигнал, в середньому інфрачервоному діапазоні, несе термічний підпис поверхні.

JWST виміряв цей сигнал за допомогою MIRI під час кількох послідовних затемнень. Аналізуючи, як тепло розподіляється та на яких довжинах хвиль, астрономи змогли обмежити склад поверхні. Результат однозначний: поверхня темна, сильно поглинає зіркове випромінювання і відповідає базальту, як океанічні дно Землі або поверхня Місяця. Жодної кори легких силікатів, як на континентах Землі, не виявлено.

«Завдяки надзвичайній чутливості JWST ми можемо виявити світло, що безпосередньо походить з поверхні цієї далекої кам'янистої планети. Ми бачимо темний, гарячий, сухий камінь, позбавлений будь-якої атмосфери.»

Лаура Крейдберг, Інститут Макса Планка з астрономії, провідний дослідник

Чому відсутність атмосфери є сильним висновком

Якщо б LHS 3844 b мала атмосферу, навіть тонку, вона б перераспределяла тепло між денним і нічним боком. Тоді б спостерігався б менший термічний контраст між двома півкулями. Це не те, що виміряв JWST. Денна сторона палає при температурі близько 725°C, нічна сторона близька до абсолютного нуля. Ця різка різниця підтверджує, що жодна значна атмосфера не перераспределяє тепло.

Крім того, жодного вулканічного газу, як діоксид сірки або водяна пара, не було виявлено. Навіть помірна вулканічна активність могла б підтримувати тонку атмосферу. Відсутність будь-якого атмосферного сигналу підсилює висновок: LHS 3844 b – це голий світ, безпосередньо підданий космічному випромінюванню та енергетичним часткам своєї зірки.

Нова дисципліна: геологія екзопланет

Від типу атмосфери до типу породи

Цей результат відкриває нову наукову територію. До цього часу вивчення екзопланет за допомогою спектроскопії передачі полягало в аналізі їх атмосфери, коли вона була. З LHS 3844 b JWST доводить, що можливо говорити про склад поверхні для планети на відстані 50 світлових років. Це геологія екзопланет, дисципліна, якої не існувало ще кілька років тому.

Різниця між базальтом і силікатною корою не є випадковою. На Землі обидва типи співіснують: океанічні дна є базальтовими, континенти багаті легкими силікатами. Ця сегрегація є результатом мільярдів років тектоніки плит, часткового плавлення мантії та переробки кори. LHS 3844 b, з її повністю базальтовою поверхнею, більше нагадує геологічно зафіксовану планету або об'єкт без тектонічної історії. Ближче до великого Місяця, ніж до другої Землі.

Що це змінює для пошуку придатних для життя планет

LHS 3844 b не є кандидатом на життя. Але техніка, розроблена для її дослідження, може бути застосована до більш обіцяючих цілей. Адже якщо JWST може обмежити склад поверхні кам'янистої планети без атмосфери на відстані 50 світлових років, він зможе зробити те ж саме для планет, що знаходяться в зоні, придатній для життя, своєї зірки. Таким чином, можна буде визначити, чи мають ці світи активну геологію, диференційовану кору, умови, які можуть дозволити наявність рідкої води на поверхні. LHS 3844 b – це перша сторінка нового розділу астрономії.