Co JWST dostrzeże w układzie TRAPPIST-1?

Najnowsze badania prowadzone przez astronomów z University of Washington wykorzystują intrygujący układ planetarny TRAPPIST-1 jako swego rodzaju laboratorium do modelowania nie tyle samych planet, ale tego jak nadchodzący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie w stanie wykryć i badać ich atmosfery, w ramach poszukiwań życia poza Ziemią.

Badania przeprowadzone przez Jacoba Lustig-Yaegera, doktoranta astronomii na UW, dowodzą, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), którego start zaplanowano na 2021 rok, może być w stanie uzyskać kluczowe informacje o atmosferach planet układu TRAPPIST-1, nawet w pierwszym roku działania, oczywiście o ile chmury nie wejdą nam w drogę.

“JWST został już zbudowany i wiemy jak będzie działał” mówi Lustig-Yaeger. “Wykorzystaliśmy metody modelowania komputerowego do określenia najskuteczniejszych sposobów wykorzystania teleskopu do odpowiedzenia na najbardziej podstawowe pytanie: czy owe planety w ogóle mają jakieś atmosfery”.

Artykuł jego autorstwa pt. The Detectability and Characterization of the TRAPPIST-1 Exoplanet Atmospheres with JWST opublikowano online w czerwcu w periodyku Astronomical Journal.

Układ planetarny TRAPPIST-1 oddalony od nas o 39 lat świetlnych – czyli 400 bilionów kilometrów – w gwiazdozbiorze Wodnika, interesuje astronomów ze względu na znajdujące się w nim siedem planet skalistych. Trzy z tych planet znajduje się w ekosferze swojej gwiazdy – w rejonie wokół gwiazdy, w którym potencjalnie na powierzchni planety skalistej może występować woda w stanie ciekłym, która z kolei może sprzyjać powstawaniu życia.

Gwiazda centralna układu – TRAPPIST-1 – była dużo gorętsza gdy się formowała, niż jest obecnie, co oznacza, że w przeszłości pozbawiała swoje planety oceanów, lodu i atmosfer.

“Jednym z ważniejszych pytań w tej dziedzinie jest to czy te planety w ogóle mają jakieś atmosfery, szczególnie tyczy się to tych wewnętrznych planet” dodaje Lustig-Yeager. “Gdy już potwierdzimy obecność atmosfer wokół tych planet, sprawdzimy czego możemy się dowiedzieć badając atmosfery poszczególnych planet – poznać związki chemiczne, z których się składają”.

Korzystając z opisywanego przez niego sposobu przeprowadzania badań za pomocą JWST, naukowcy mogą dowiedzieć się całkiem sporo w stosunkowo krótkim czasie.

Astronomowie odkrywają egzoplanety gdy te przechodzą na tle tarczy swojej gwiazdy macierzystej (tranzyt), co powoduje dostrzegalny spadek jasności gwiazdy. Planety znajdujące się bliżej swojej gwiazdy tranzytują częściej, a zatem są łatwiejsze do odkrycia i badania. Gdy planeta przechodzi na tle tarczy swojej gwiazdy, część światła gwiazdy przenika przez atmosferę planety, dzięki czemu naukowcy mogą poznać skład chemiczny takiej atmosfery.

Lustig-Yeager zauważa, że astronomowie mogą dostrzegać niewielkie różnice rozmiarów planety gdy obserwują je w różnych barwach / na różnych długościach fali promieniowania.

Lustig-Yeager dodaje, że opracowane przez jego zespół modele wskazują, że JWST wykorzystując spektrograf NIS zainstalowany na jego pokładzie, będzie w stanie wykryć atmosfery wszystkich siedmiu planet układu TRAPPIST-1 w trakcie 10 tranzytów lub mniej – o ile owe atmosfery będą pozbawione chmur.

Jeżeli planety układu TRAPPIST-1 mają gęste, globalne pokrywy chmur, takie jak Wenus, do wykrycia atmosfery potrzeba będzie do 30 tranzytów.

“Niemniej jednak 30 tranzytów jest w naszym zasięgu. Oznacza to, że nawet w przypadku chmur występujących na dużych wysokościach, JWST wciąż będzie w stanie wykryć takie atmosfery – czego przed naszymi badaniami jeszcze nie wiedzieliśmy”.

W ostatnich latach udało się odkryć wiele planet skalistych, ale astronomowie nie odkryli jeszcze ich atmosfer. Modele opracowane przez zespół Lustiga-Yeagera “dowodzą, że w przypadku układu TRAPPIST-1 wykrycie atmosfer planet skalistych jest w zasięgu możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba – prawdopodobnie w ciągu podstawowej pięcioletniej misji teleskopu”.

Badacze ustalili, że teleskop Webba będzie w stanie wykryć oznaki tego, że planety układu TRAPPIST-1 utraciły duże ilości wody w przeszłości, gdy ich gwiazda była znacznie gorętsza. To mogło doprowadzić do sytuacji, w których tlen powstały w procesach abiotycznych wypełni atmosferę egzoplanety, co z kolei może prowadzić do wyniku fałszywego dodatniego. Takie przypadki teleskop Webba także będzie w stanie dostrzec.

Lustig-Yeager podsumowuje: “Trudno nawet wymyślić układ planetarny lepszy do badania za pomocą JWST niż TRAPPIST-1”.

Źródło: University of Washington

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.