Астрономы из Массачусетского технологического института, Льежского университета и других стран обнаружили новую планету, вращающуюся вокруг небольшой холодной звезды, находящейся всего в 55 световых годах от нас. Соседняя планета похожа на Землю своими размерами и каменистым составом, но на этом сходство заканчивается. Потому что этому новому миру, скорее всего, не хватает атмосферы.
В статье, вышедшей сегодня в Природа АстрономияИсследователи подтверждают обнаружение SPECULOOS-3b, вероятно, безвоздушной планеты размером с Землю, которую команда обнаружила с помощью сети телескопов в рамках проекта SPECULOOS (Поиск планет, затмевающих сверххолодные звезды).
Новая планета вращается вокруг ближайшего ультрахолодного карлика — звезды, которая меньше и холоднее Солнца. Считается, что сверххолодные карликовые звезды являются наиболее распространенным типом звезд в нашей галактике, хотя они также и самые слабые, что затрудняет их обнаружение на ночном небе.
Ультрахолодный карлик, на котором расположена новая планета, примерно в одну десятую размера Солнца и в 1000 раз тусклее Солнца. Звезда по размерам больше похожа на Юпитер и в два раза холоднее Солнца. Тем не менее, карликовая звезда излучает на поверхность планеты огромное количество энергии из-за чрезвычайно близкого расположения планеты: SPECULOOS-3b делает оборот вокруг своей звезды всего за 17 часов. Таким образом, один год на новой планете короче одного дня на Земле.
Поскольку она находится так близко к своей звезде, планета получает в 16 раз больше радиации в секунду по сравнению с тем, что Земля получает от Солнца. Команда считает, что такое интенсивное и беспощадное воздействие, скорее всего, испарило всю атмосферу, которая когда-то существовала на планете, превратив ее в безвоздушный, обнаженный, пузырящийся каменный шар.
Если на планете нет атмосферы, ученые вскоре смогут точно определить, какие именно породы находятся на ее поверхности и даже какие геологические процессы сформировали ее ландшафт, например, испытала ли кора планеты океаны магмы, вулканическую активность и тектоника плит в ее прошлом.
«SPECULOOS-3b — первая планета, для которой мы можем рассмотреть возможность ограничения свойств поверхности планет за пределами Солнечной системы», — говорит соавтор исследования Жюльен де Вит, доцент кафедры планетарных наук Массачусетского технологического института. «Благодаря этому миру мы могли бы начать заниматься экзопланетной геологией. Как это круто?”
В число соавторов исследования Массачусетского технологического института входят ученые-исследователи Бенджамин Рэкхем и Артем Бурданов, а также ведущий автор Мишель Гиллон из Льежского университета и коллеги из сотрудничающих учреждений и обсерваторий по всему миру.
Выстраивание
Астрономы наблюдали первые признаки появления новой планеты в 2021 году с помощью наблюдений SPECULOOS — сети из шести роботизированных 1-метровых телескопов (четыре в южном полушарии и два в северном), которые постоянно наблюдают за небом в поисках признаков планеты, вращающиеся вокруг ультрахолодных карликовых звезд. SPECULOOS является родительским проектом исследования TRAPPIST (TRAnsiting Planets и PlanetesImals Small Telescope-South), в ходе которого были обнаружены семь планет земной группы (несколько потенциально обитаемых) вокруг небольшой холодной звезды под названием TRAPPIST-1.
SPECULOOS стремится наблюдать около 1600 близлежащих ультрахолодных карликовых звезд. Поскольку эти звезды малы, любые планеты, вращающиеся вокруг них и пересекающие их, должны на мгновение блокировать их свет, в более заметной степени по сравнению с планетами, вращающимися вокруг более крупных и ярких звезд. Таким образом, сверххолодные звезды-карлики могли бы дать астрономам лучшее представление о любых планетах, которые у них есть.
В 2021 году телескоп сети SPECULOOS обнаружил некоторые неубедительные признаки транзита перед одной ультрахолодной карликовой звездой на расстоянии около 55 световых лет от нас. Затем, в 2022 году, тщательный мониторинг с помощью телескопа Артемиды Массачусетского технологического института изменил игру.
«Хотя в данных 2021 года были структуры, которые не выглядели убедительно, данные Артемиды 2022 года действительно привлекли наше внимание», — вспоминает Артем Бурданов из Массачусетского технологического института, который управляет Северной обсерваторией SPECULOOS. «Мы начали анализировать один четкий транзитный сигнал в данных Артемиды, быстро решили начать кампанию вокруг этой звезды, а затем все начало выстраиваться в ряд».
Темный, как луна
Команда сосредоточилась на звезде с помощью телескопа Артемиды Массачусетского технологического института, остальной части сети SPECULOOS и нескольких других обсерваторий. Многосторонние наблюдения подтвердили, что у звезды действительно есть планета, которая вращается по орбите каждые 17 часов. Судя по количеству света, блокируемому при каждом прохождении, ученые подсчитали, что планета размером примерно с Землю.
Затем они смогли оценить некоторые свойства звезды и планеты на основе анализа света звезды, проведенного Бенджамином Рэкхемом из Массачусетского технологического института, который возглавил кампанию с использованием телескопов Магеллана в Чили и Центра инфракрасного телескопа НАСА (IRTF) на Гавайях. проанализировать свет близлежащих ультрахолодных карликовых звезд.
«Из наших спектров и других наблюдений мы можем сказать, что звезда имеет температуру около 2800 кельвинов, ей около 7 миллиардов лет — не слишком молода и не слишком стара — и она умеренно активна, то есть вспыхивает довольно интенсивно. много», — говорит Рэкхем. «Мы считаем, что у планеты больше не должно быть атмосферы, потому что она легко могла быть разрушена активностью родительской звезды, которая, по сути, постоянно вспыхивает».
Что же можно было бы увидеть без атмосферы, если бы посмотреть вверх с поверхности планеты?
«Если бы не было атмосферы, не было бы ни голубого неба, ни облаков — было бы просто темно, как на поверхности Луны», — предполагает Рэкхэм. «И «солнце» будет большой, пурпурно-красной, пятнистой и пылающей звездой, которая будет выглядеть примерно в 18 раз больше, чем кажется нам на небе».
Поскольку у планеты нет атмосферы и она находится относительно близко, команда утверждает, что SPECULOOS-3b является идеальным кандидатом для последующих исследований на космическом телескопе Джеймса Уэбба НАСА (JWST), который достаточно мощный, чтобы проанализировать свет звезды и различить больше. детали как звезды, так и планеты. Команда надеется, что с помощью наблюдений JWST удастся идентифицировать детали поверхности планеты, что станет первым в области экзопланетных исследований.
«Мы думаем, что планета почти такая же горячая, как Венера, поэтому непригодна для жизни», — говорит Рэкхем. «Здесь недостаточно жарко, чтобы иметь поверхность лавы. Это должен быть твердый камень. Но в зависимости от того, насколько ярок этот камень, он может недавно всплыть на поверхность из-за тектоники плит или вулканической активности, или это может быть планета, подвергшаяся эрозии в результате космического выветривания и имеющая гораздо более темную поверхность. В дальнейшем мы сможем различать некоторые интересные сценарии развития поверхности планеты».
Это исследование было частично поддержано Европейским исследовательским советом, Фондом Саймонса и Фондом Хейзинг-Саймонс.