Badania wskazują, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba mogłoby pomóc w potwierdzeniu obecności atmosfer podtrzymujących życie na egzoplanetach w „strefie Złotowłosej”, zwiększając prawdopodobieństwo odkrycia życia pozaziemskiego.
Od chwili premiery pod koniec 2021 r. NASAKosmiczny Teleskop Jamesa Webba otworzył nowe możliwości wykrywania oznak życia na egzoplanetach – planetach znajdujących się poza naszym Układem Słonecznym.
Najbardziej obiecującymi kandydatami w tych poszukiwaniach są planety skaliste, w przeciwieństwie do planet gazowych, krążące wokół gwiazd o małej masie, znanych jako karły M. Gwiazdy te są najpowszechniejszym typem gwiazd we wszechświecie. Jeden z pobliskich karłów M, TRAPPIST-1, znajduje się około 40 lat świetlnych od nas i posiada system planet, które są dokładnie badane pod kątem ich potencjału do podtrzymywania życia.
Poprzednie badania wzbudziły wątpliwości co do możliwości zamieszkania planet TRAPPIST-1. Naukowcy odkryli, że intensywne promieniowanie UV emitowane przez gwiazdę może wypalić wodę powierzchniową planet, pozostawiając je suche i prawdopodobnie wypełnione reaktywnym tlenem, co może uniemożliwić powstanie życia.
Nowe badania rzucają światło na atmosfery egzoplanet
Jednak nowe badanie prowadzone przez Uniwersytet Waszyngtońskiopublikowany w Komunikacja przyrodniczasugeruje, że szereg procesów zachodzących w ewolucji niektórych planet skalistych krążących wokół karłów typu M może z czasem doprowadzić do powstania stabilnej atmosfery.
„Jedno z najbardziej intrygujących pytań w tej chwili egzoplaneta astronomia brzmi: czy skaliste planety krążące wokół gwiazd karłowatych typu M mogą utrzymywać atmosferę, w której może istnieć życie?” powiedział główny autor Joshua Krissansen-Totton, adiunkt UW w dziedzinie nauk o Ziemi i kosmosie. „Nasze odkrycia dają podstawy, by przypuszczać, że niektóre z tych planet rzeczywiście posiadają atmosfery, co znacznie zwiększa szanse na to, że te wspólne układy planetarne będą mogły podtrzymywać życie”.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest na tyle czuły, że może obserwować kilka wybranych układów planetarnych. Dotychczasowe dane sugerują, że najgorętszym planetom skalistym, najbliższym gwiazdy TRAPPIST-1, w rzeczywistości brakuje znaczących atmosfer. Jednak teleskop nie był jeszcze w stanie wyraźnie scharakteryzować planet w „strefie Złotowłosej”, nieco dalej od swojej gwiazdy, w odległości najbardziej sprzyjającej utrzymywaniu się wody w stanie ciekłym i życia.
Stabilność i możliwość zamieszkania w atmosferach egzoplanetarnych
W nowym badaniu modelowano skalistą planetę na drodze jej formowania się w stanie stopionym i ochładzania przez setki milionów lat, aż do powstania stałej planety ziemskiej. Wyniki pokazały, że wodór i inne lekkie gazy początkowo uciekały w przestrzeń kosmiczną. Jednak w przypadku planet położonych dalej od gwiazdy, gdzie temperatura jest bardziej umiarkowana, wodór również reagował z tlenem i żelazem we wnętrzu planety. W wyniku tego powstała woda i inne, cięższe gazy, tworząc atmosferę, która według wyników jest stabilna w czasie.
Wyniki pokazały również, że w przypadku planet „strefy Złotowłosej” woda opada z atmosfery dość szybko, co zmniejsza prawdopodobieństwo jej ucieczki.
Znaczenie ciągłości obserwacji
„JWST łatwiej jest obserwować gorętsze planety najbliżej gwiazdy, ponieważ emitują one więcej promieniowania cieplnego, na które zakłócenia ze strony gwiazdy nie mają tak dużego wpływu. W przypadku tych planet mamy dość jednoznaczną odpowiedź: nie mają gęstej atmosfery” – powiedziała Krissansen-Totton. „Dla mnie ten wynik jest interesujący, ponieważ sugeruje, że planety o bardziej umiarkowanym klimacie mogą posiadać atmosfery i należy je dokładnie zbadać za pomocą teleskopów, szczególnie biorąc pod uwagę ich potencjał do zamieszkania”.
JWST nie był jeszcze w stanie sprawdzić, czy planety znajdujące się nieco dalej od gwiazdy TRAPPIST-1 posiadają atmosfery. Ale jeśli tak się stanie, oznacza to, że na powierzchni mogą występować wody w stanie ciekłym i umiarkowany klimat sprzyjający życiu.
„Dzięki teleskopom, które mamy obecnie, Jamesowi Webbowi i niezwykle dużym teleskopom naziemnym, które wkrótce będą dostępne, tak naprawdę będziemy w stanie przyjrzeć się jedynie bardzo małej liczbie atmosfer planet skalistych w strefach mieszkalnych – to TRAPPIST -1 planet i kilka innych” – powiedziała Krissansen-Totton. „Biorąc pod uwagę ogromne zainteresowanie poszukiwaniem życia gdzie indziej, nasze wyniki sugerują, że warto zainwestować czas teleskopu, aby kontynuować badanie możliwości zamieszkania w tych układach przy użyciu technologii, którą mamy obecnie, zamiast czekać na następną generację potężniejszych teleskopów”.
Odniesienie: „Erozja dużych atmosfer pierwotnych zazwyczaj pozostawia po sobie znaczne atmosfery wtórne na umiarkowanych planetach skalistych”, Joshua Krissansen-Totton, Nicholas Wogan, Maggie Thompson i Jonathan J. Fortney, 27 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52642-6
Współautorami są Nicholas Wogan, który wykonał tę pracę jako student UW, a obecnie pracuje w NASA; Maggie Thompson o godz Instytut Nauki Carnegie w Waszyngtonie; i Jonathan Fortney z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Badania te wspierała NASA.
