Астрономы обнаружили удивительный ледяной мир в обитаемой зоне с помощью данных JWST

Группа астрономов определила экзопланету с умеренным климатом как перспективный ледяной или водный мир, похожий на суперземлю.

Результаты, полученные под руководством Монреальского университета, показывают, что экзопланета с обитаемой зоной LHS 1140 b, скорее всего, не является мини-Нептуном, небольшим так называемым газовым гигантом — крупными планетами, состоящими в основном из газа — с плотной атмосферой, богатой водородом. Планета, расположенная примерно в 48 световых годах от нас в созвездии Кита, является одним из самых перспективных кандидатов на экзопланету с обитаемой зоной, потенциально содержащим атмосферу и даже океан жидкой воды.

Данные с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) были собраны в декабре 2023 года и добавлены к предыдущим данным с других космических телескопов Spitzer, Hubble и TESS для подтверждения этого результата, принятого к публикации в Письма в Астрофизический Журнал на этой неделе и в настоящее время доступен на arXiv сервер препринтов.

«Это первый раз, когда мы увидели намек на атмосферу на экзопланете с каменистой или богатой льдом зоной обитания. Обнаружение атмосфер на небольших каменистых мирах является главной целью JWST, но эти сигналы гораздо сложнее обнаружить, чем сигналы атмосфер гигантских планет», — сказал Райан Макдональд, научный сотрудник NASA Sagan на кафедре астрономии UM, который сыграл ключевую роль в анализе атмосферы LHS 1140 b.

«LHS 1140 b — одна из лучших малых экзопланет в обитаемой зоне, способная поддерживать плотную атмосферу, и мы, возможно, только что обнаружили доказательства наличия воздуха в этом мире».

LHS 1140 b, потенциальный обитаемый мир

LHS 1140 b, экзопланета, вращающаяся вокруг красного карлика с малой массой, размером примерно в одну пятую часть Солнца, пленила ученых тем, что является одной из ближайших экзопланет к Солнечной системе, которая находится в обитаемой зоне своей звезды. Экзопланеты, обнаруженные в этой «Зоне Златовласки», имеют температуру, которая позволяет воде существовать на них в жидкой форме, что является важнейшим элементом для жизни, какой мы ее знаем на Земле.

Одним из важнейших вопросов относительно LHS 1140 b был вопрос о том, является ли она экзопланетой типа мини-Нептуна или суперземлей — каменистой или богатой водой планетой, превышающей по размерам Землю.

«Из всех известных на данный момент умеренных экзопланет LHS 1140 b вполне может стать для нас лучшим вариантом, чтобы однажды косвенно подтвердить наличие жидкой воды на поверхности инопланетного мира за пределами нашей солнечной системы», — сказал Шарль Кадье, ведущий автор научной статьи и докторант Монреальского университета. «Это станет важной вехой в поиске потенциально обитаемых экзопланет».

Данные JWST приводят к новым открытиям

Анализ наблюдений команды решительно исключил сценарий мини-Нептуна, с доказательствами, предполагающими, что экзопланета LHS 1140 b является супер-Землей, которая может даже иметь богатую азотом атмосферу, как у Земли. Однако команда предупреждает, что для подтверждения сигнатуры азотного газа потребуются дополнительные наблюдения с наблюдениями JWST.

Оценки, основанные на всех накопленных данных, показывают, что LHS 1140 b менее плотная, чем ожидалось для каменистой планеты с составом, подобным земному, что предполагает, что от 10 до 20% ее массы может состоять из воды. Это открытие указывает на то, что LHS 1140 b является убедительным кандидатом на водный мир, вероятно, напоминающим снежный ком или ледяную планету с потенциальным жидким океаном в субзвездной точке или области поверхности планеты, которая всегда будет обращена к звезде-хозяину системы из-за синхронного вращения планеты (во многом похоже на луну Земли).

Возможное наличие атмосферы и океана

Макдональд провел анализ атмосферного восстановления, который предполагает, что LHS 1140 b имеет богатую азотом атмосферу, потенциально похожую на атмосферу Земли, которая на 78% состоит из азота. Хотя это пока только предварительный результат, наличие богатой азотом атмосферы предполагает, что планета сохранила значительную атмосферу, создавая условия, которые могут поддерживать жидкую воду.

Это открытие говорит в пользу сценария водного мира/снежного кома как наиболее правдоподобного. Текущие модели показывают, что если LHS 1140 b имеет атмосферу, похожую на земную, то это будет планета-снежный ком с океаном диаметром около 4000 километров, что эквивалентно половине площади поверхности Атлантического океана. Температура поверхности в центре этого инопланетного океана может быть даже комфортной — 20 градусов по Цельсию.

Потенциальная атмосфера LHS 1140 b и благоприятные условия для жидкой воды делают ее исключительным кандидатом для будущих исследований обитаемости. Эта планета предоставляет уникальную возможность изучить мир, который мог бы поддерживать жизнь, учитывая ее положение в обитаемой зоне и вероятность наличия атмосферы, способной удерживать тепло и поддерживать стабильный климат.

«Это наш первый захватывающий взгляд на атмосферу на суперземле в обитаемой зоне. По сравнению с другими известными экзопланетами в обитаемой зоне, такими как в системе TRAPPIST-1, звезда LHS 1140, по-видимому, более спокойная и менее активная, что значительно упрощает задачу отделения атмосферы LHS 1140 b от звездных сигналов, вызванных звездными пятнами», — сказал Макдональд.

«Наша первоначальная разведка LHS 1140 b с помощью JWST показала, что это, возможно, лучшая экзопланета с обитаемой зоной, известная в настоящее время по характеристикам атмосферы. Хотя нам нужно больше наблюдений JWST для подтверждения богатой азотом атмосферы и поиска других газов, это очень многообещающее начало».