PULS KOSMOSU

Astronomia wkroczyła w nową erę. Już nie tylko odkrywamy planety krążące wokół innych gwiazd, ale zaczynamy badać ich atmosfery i warunki, które mogą sprzyjać życiu. Jednym z najważniejszych obiektów tego typu jest układ TRAPPIST-1 – czerwony karzeł oddalony o zaledwie 40 lat świetlnych od Ziemi, wokół którego krąży siedem planet podobnych rozmiarami do Ziemi.

Spośród nich szczególne zainteresowanie budzi TRAPPIST-1 e (T1e). Znajduje się ona w tzw. strefie zamieszkiwalnej, czyli w takiej odległości od gwiazdy, że przy odpowiedniej atmosferze mogłaby utrzymać wodę w stanie ciekłym na powierzchni. Nic dziwnego, że astronomowie od lat czekali, aż Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) skieruje swoje czułe instrumenty właśnie na ten świat.

Nowa epoka badań planet pozasłonecznych

JWST rozpoczął regularne obserwacje w lipcu 2022 roku. Zapotrzebowanie na czas pracy teleskopu jest ogromne – tylko co dziewiąty wniosek obserwacyjny zostaje zaakceptowany. W najnowszym cyklu naukowcy złożyli propozycje obejmujące 78 tysięcy godzin obserwacji, podczas gdy do rozdysponowania było zaledwie 8,7 tysiąca. Wśród czterech głównych tematów badawczych JWST znajduje się „Układy planetarne i początki życia”. TRAPPIST-1 pasuje do niego idealnie.

Dotąd teleskop zbadał już planety TRAPPIST-1 b, c i d. Teraz przyszła kolej na planetę e. Wyniki pierwszych czterech tranzytów – czyli chwil, gdy planeta przechodziła przed tarczą swojej gwiazdy – opublikowano właśnie w dwóch artykułach w The Astrophysical Journal Letters.

Atmosfera pod lupą Webba

JWST analizuje światło gwiazd przechodzące przez atmosfery planet w podczerwieni. Dzięki temu może wykrywać obecność gazów takich jak para wodna, dwutlenek węgla, metan czy amoniak. To właśnie te cząsteczki kształtują klimat planet i mogą tworzyć warunki sprzyjające życiu. Potężne zwierciadło o średnicy 6,5 metra pozwala teleskopowi wychwycić nawet bardzo subtelne sygnały.

W przypadku TRAPPIST-1 e pierwsze dane wskazują, że pierwotna atmosfera z wodoru i helu została dawno zdmuchnięta przez gwałtowne rozbłyski macierzystej gwiazdy. To jednak nie przesądza sprawy. Istnieje możliwość, że planeta – podobnie jak Ziemia – wytworzyła wtórną atmosferę, być może zdominowaną przez azot i niewielkie ilości innych gazów.

Trudności i możliwości

Największym wyzwaniem jest aktywność gwiazdy. TRAPPIST-1, jako czerwony karzeł, regularnie produkuje silne rozbłyski, które nie tylko niszczą atmosfery planet, lecz także zakłócają obserwacje. Dlatego dane JWST są zanieczyszczone „szumem gwiezdnym”, który trzeba odfiltrować, aby odczytać prawdziwy skład atmosfery planety.

Pierwsze analizy pokazują, że atmosfera – jeśli istnieje – raczej nie przypomina żadnej z planet Układu Słonecznego. Wykluczono obecność gęstej powłoki z dwutlenku węgla podobnej do Wenus i cienką warstwę CO₂ jak na Marsie. Brak wyraźnych sygnałów dwutlenku węgla budzi obawy, czy na planecie może występować efekt cieplarniany wystarczający do podtrzymania wody w stanie ciekłym. Nie można jednak wykluczyć, że niewielkie ilości CO₂ są obecne i odgrywają ważną rolę.

Modelowanie danych sugeruje także ślady metanu, choć nie w stężeniach dominujących. Najbardziej prawdopodobny scenariusz zakłada atmosferę z przewagą cięższego, „cichego” spektroskopowo gazu – np. azotu – z domieszką metanu. Jednak obecne dane nie pozwalają jednoznacznie potwierdzić ani obalić hipotezy o istnieniu atmosfery.

Sprytny plan na przyszłość

Aby rozwiązać problem zakłóceń, astronomowie planują wykorzystać inną planetę tego systemu – TRAPPIST-1 b. To skalista, wypalona przez gwiazdę planeta, która na pewno nie ma atmosfery. Co ważne, przechodzi ona przed tarczą gwiazdy tuż przed TRAPPIST-1 e. Dzięki temu naukowcy będą mogli porównać dane z obu tranzytów niemal w tym samym czasie i odjąć z nich zakłócenia gwiezdne. Pozwoli to wyodrębnić prawdziwe sygnały atmosferyczne T1e.

W kolejnych miesiącach JWST wykona aż 15 dodatkowych obserwacji TRAPPIST-1 e. To da szansę na znacznie dokładniejszy obraz tego, co kryje się wokół tej niezwykle interesującej planety.

Początek nowej drogi

Choć obecne dane nie dają jeszcze odpowiedzi, czy TRAPPIST-1 e ma atmosferę i czy może na niej istnieć woda, to już teraz wyznaczają kierunek dalszych badań. Dzięki JWST astronomowie po raz pierwszy mogą tak szczegółowo analizować światy podobne do Ziemi w strefach zamieszkiwalnych. To ogromny krok naprzód – od prostego katalogowania planet do poznawania ich środowisk i klimatu.

Niezależnie od ostatecznych wyników, badania TRAPPIST-1 e są symbolicznym początkiem nowej epoki w astronomii: epoki, w której naprawdę zaczynamy zaglądać w atmosfery odległych światów i zastanawiać się, czy mogą być one przyjazne życiu.

Źródło: 1, 2