Астрономы впервые обнаружили атмосферу у каменистой планеты из «обитаемой зоны»

Фото из открытых источников

Возможно, это самое близкое, чего мы достигли к обнаружению планеты, способной поддерживать жизнь: астрономы обнаружили атмосферу вокруг похожей на Землю каменистой планеты, вращающейся в обитаемой зоне вокруг своей звезды, — это монументальное достижение.

Благодаря недавним достижениям в астрономии мы можем исследовать насущную экзистенциальную загадку: светят ли эти же звезды на инопланетных существ? С этой целью поиск пригодных для жизни миров зависит от двух основных критериев: обнаружения планет, которые по составу похожи на Землю и расположены в обитаемой зоне своей звезды, где может существовать жидкая вода.

Астрономы обнаруживают атмосферы экзопланет уже более 20 лет. Однако это происходит только на планетах, совершенно не похожих на Землю, — больших, раздутых газом и сильно облучаемых, — подобных причудливым Юпитерам, которые можно увидеть сквозь призму огня и серы.

Но теперь астрономы наконец-то обнаружили атмосферу на тщательно изученной, потенциально обитаемой «суперземле», получившей название LHS 1140 b.

«Это первый случай обнаружения атмосферы на каменистой планете в обитаемой зоне другой звезды», — говорит Коллин Черубим из Гарвардского университета, ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Science.

По результатам измерений, масса LHS 1140 b более чем в пять раз превышает массу Земли, а радиус — в 1,7 раза. Это согласуется с каменистым, земным составом и наличием низкоплотных компонентов, таких как тонкая атмосфера и, возможно, некоторое количество воды.

Кроме того, LHS 1140 b является первостепенной целью, поскольку она входит в систему, расположенную примерно в 50 световых годах от нас, вращающуюся вокруг красного карлика, масса и размер которого составляют примерно одну пятую часть массы и размера Солнца, и который значительно холоднее.

«Двадцать лет назад мы задавались вопросом, существуют ли вообще другие планеты земного типа», — объясняет соавтор исследования Робин Вордсворт из Гарвардского университета. «Затем мы узнали, что они распространены, и обнаружили несколько экземпляров в обитаемой зоне. Следующий вопрос заключался в том, удалось ли какому-либо из них сохранить атмосферу. Теперь мы знаем, что по крайней мере одному это удалось».

Ранее Черубим предсказал существование гелиевой атмосферы LHS 1140 b, используя созданную с нуля компьютерную модель процесса, известного как масс-фракционирование. Его модель, разработанная под руководством Вордсворта, «показала, что планеты, находящиеся в благоприятном месте, могут терять водород, сохраняя при этом гелий, создавая атмосферу, в которой преобладает гелий: планеты, которые я называю «гелиевыми мирами»», — рассказал Черубим. «Это новый, предсказанный класс планет, который, как я утверждаю, может быть не таким уж экзотическим, а, скорее, естественным этапом в эволюции многих малых планет. Я хотел проверить это предсказание, поэтому стал искать выходящий гелий и обнаружил его!»

Для этого исследователи использовали спектрограф WINERED в обсерватории Лас-Кампанас в пустыне Атакама в Чили, чтобы наблюдать за звездой LHS 1140 b и ее планетой-близнецом в удачную сентябрьскую ночь 2024 года, когда оба небесных тела пересекли пролёт перед своей звездой.

Подобно солнечным лучам, проникающим сквозь облако сахарной ваты или мыльный напиток, исследователи смогли увидеть, какие длины волн света поглощаются атмосферами планет. Они обнаружили, что LHS 1140 b (но не его аналог) демонстрировал признаки гелиевой атмосферы, улетая в космос со скоростью в сотни тысяч килограммов в секунду.

Этот поток, нагретый звездным излучением до температуры более 4700 градусов Цельсия, вероятно, обусловлен звездными ветрами или магнитными взаимодействиями между планетой и звездой. Он также, по-видимому, является переменным, поскольку исследователи не обнаружили его при повторном наблюдении за планетой в 2025 году.

Удивительно, но LHS 1140 b сохранила свою атмосферу более 3 миллиардов лет, несмотря на репутацию красных карликов как объектов с бурными явлениями.

«Планета получает от своей звезды 42 процента энергии, которую Земля получает от Солнца», — сказал Черубим. «Таким образом, несмотря на то, что на протяжении своей истории планета подвергалась воздействию более высоких уровней рентгеновского и ультрафиолетового излучения (которое, как правило, разрушает каменистые атмосферы планет), она сохранила некоторое количество гелия, который, вероятно, накопил во время своего формирования. Мои модели показывают, что даже при более высоком уровне радиации в прошлом планета находится достаточно далеко от своей звезды, чтобы, как ожидается, сохранить большую часть своего первоначального гелия».

Таким образом, задача переходит к дальнейшему изучению этой интригующей планеты, чтобы выяснить, есть ли на ней океаны или другие благоприятные для жизни особенности.

Подобные методы также могут способствовать открытию дополнительных миров, покрытых атмосферой, возможно, даже других землеподобных планет, вращающихся в обитаемой зоне спокойных звезд.

Наконец, тот факт, что это открытие было сделано с помощью наземного телескопа, показывает, что эти обсерватории могут быть столь же важны, как и космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), для обнаружения инопланетных атмосфер.

«Это была проверка модели, и, надеюсь, это только первое из многих наблюдений, которые еще последуют», — заключает Черубим.