Odkryliśmy atmosferę. Nie wokół gazowego olbrzyma, nie wokół gazowego „mini-Neptuna”. Wokół skalistego świata w strefie mieszkalnej. To ważne, bo teraz możemy w końcu „powąchać” powietrze na planetach takich jak nasza.
Trofeum głównym jest LHS 1140 b. Znajduje się 48 lat świetlnych od Ziemi i jest superZiemią krążącą wokół słabej czerwonej gwiazdy karła. Planeta znajduje się w tym „najlepszym miejscu”, w którym może występować woda w stanie ciekłym. Ale na tym nie kończą się jego funkcje. Planeta zachowała swoje niebo. Jest to jak dotąd najbardziej przekonujący dowód. A metoda zastosowana do jego wykrycia okazała się zaskakująco wyrafinowana.
Dlaczego wykrycie atmosfer egzoplanet było niemożliwe (do tej pory)
Przez dziesięciolecia marzenie o analizowaniu nieba innych ludzi pozostawało niezrealizowane. Dlaczego? Ze względu na wielkość i odległość.
Atmosfery planet wielkości Ziemi są mikroskopijnie małe w porównaniu z atmosferą Jowisza. Z naszego punktu widzenia są one niewidoczne. Większość metod wykrywania szuka dużych, widocznych obiektów, co nie sprawdza się dobrze w przypadku rozrzedzonego powietrza na małych, skalistych planetach. Potrzebujemy sygnału wystarczająco silnego, aby przeniknąć 48 lat świetlnych nicości.
Dlatego badacze wypróbowali inne podejście. Zamiast bezpośrednio szukać atmosfery, szukali jej wycieków.
Planeta traci gaz. Hel ucieka ze swojego pola grawitacyjnego, tworząc ogon przypominający kometę, który rozciąga się w przestrzeń kosmiczną. Jeśli zaobserwujesz gwiazdę, podczas gdy planeta przechodzi przed nią (tranzyt), możesz uzyskać widmo transmisyjne. Światło przechodzi przez ulatniający się gaz. W szczególności oddziałuje z helem. Hel pochłania światło o określonej długości fali podczerwonej. Spadek intensywności sygnału wskazuje na obecność helu. A jeśli hel wyparuje, musi istnieć atmosfera, która go wypycha.
„Zbliżamy się do epoki, w której będziemy mogli badać atmosfery światów zdolnych do utrzymania życia”.
To nie magia. To jest matematyka poparta obserwacją. Model teoretyczny przewidywał wyciek. Astronomowie sprawdzili to w praktyce. Teleskop „nasłuchiwał” i uchwycił krzyk w podczerwieni.
LHS 1140c kontra LHS 1140b: Co porównanie mówi o przeżywalności w atmosferze
Aby mieć pewność, że hel pochodzi z LHS 1140b, a nie tylko z hałasu lub aktywności gwiazd, badacze potrzebowali grupy kontrolnej. Na szczęście zapewnił to ich system gwiezdny.
Druga planeta tutaj nazywa się LHS 1140c. Jest znacznie bliżej gwiazdy. Jest mniejsza i otrzymuje pięć razy więcej promieniowania niż sąsiad. Ma mniejszą grawitację, aby utrzymać gaz.
Kiedy obie planety przeleciały przez dysk gwiazdy w odstępie 40 minut, dane wróciły jasne i dokładne:
- LHS 1140c nie wykazywał śladów helu. W ogóle. Jego atmosfera prawdopodobnie wyparowała miliardy lat temu.
- LHS 1140b wykazał jednoznaczny i niepodważalny sygnał helu.
To porównanie kontrastu potwierdza skuteczność metody. Maluje także obraz przetrwania planet. Świat wewnętrzny umarł: został całkowicie pozbawiony atmosfery. Świat zewnętrzny? Opierał się. Jest dalej, tam jest chłodniej i spokojniej. Czerwone karły to agresywne gwiazdy, napromieniowujące pobliskie światy rozbłyskami, które mogą zniszczyć niebo nad planetą. Jednak LHS 1140b wytrzymał ten atak przez ponad 3 miliardy lat. To zmienia nasze rozumienie czasu. Niektóre skaliste światy wokół czerwonych karłów nie są skazane na zagładę.
Odnalezienie życia wymaga czegoś więcej niż tylko atmosfery
Czy planeta żyje? Nikt nie wie. I nie ma tu sensu zgadywać.
Wyciek helu potwierdza obecność gazu w górnych warstwach atmosfery. Potwierdza to istnienie granicy, na której wiatr słoneczny opiera się grawitacji. Jest to warunek konieczny. Ale nie jedyne. Potrzebujemy tlenu, dwutlenku węgla, metanu, pary wodnej. Biosygnatury. Aby je wykryć, potrzebne są inne spektroskopowe odciski palców. Nie jesteśmy jeszcze na to gotowi. Nie z tym teleskopem.
Ale przekroczyliśmy Rubikon. Wiemy jak to zrobić. Metoda jest sprawdzona. Polega na precyzyjnym czasie oczekiwania na tranzyty. Opiera się na specjalnych instrumentach – spektrografie WINERED w Obserwatorium Magellan-Clay w Chile. I liczy na cierpliwość.
Astronom Robin Wortsworth ujął to najlepiej: “Dwadzieścia lat temu nie byliśmy nawet pewni istnienia planet skalistych. Potem zaczęły się pojawiać. Potem znaleźliśmy je w strefach mieszkalnych. A teraz widzimy, że utrzymują swoją atmosferę.”
To jest pierwszy krok. Drugim krokiem jest scharakteryzowanie pełnego składu tej atmosfery. Trzecim jest poszukiwanie sygnałów podobnych do chlorofilu w zakresie głębokiej czerwieni. Obserwatorium Światów Habitable nie będzie gotowe przez kolejne dziesięć, a nawet dwadzieścia lat. Być może będziemy musieli poczekać. Ale mamy plan działania.
LHS 1140b pozostaje zimnym miejscem, prawdopodobnie z temperaturami około -47°C i brakiem efektu cieplarnianego, który mógłby go ogrzać. Ona jest daleko. Ona jest mała. Ale uparcie broni tego, co ma. W kosmosie jest wiele takich planet. Teraz mamy wskazówki, dzięki którym możemy rozpocząć ich testowanie.
