Astronómovia hlásia vesmírny prelom. Prvýkrát potvrdili atmosféru na skalnatej planéte v obývateľnej zóne
Astronómovia prvýkrát potvrdili atmosféru na skalnatej planéte v obývateľnej zóne. Prezradilo ju hélium unikajúce z LHS 1140 b.
Exoplanéta LHS 1140 b sa zaradila medzi najzaujímavejšie svety, aké dnes astronómovia poznajú. Obieha v obývateľnej zóne červeného trpaslíka a nové merania ukazujú, že si stále drží atmosféru. Vedci ju potvrdili nepriamo cez hélium, ktoré z jej horných vrstiev uniká do vesmíru. Ide o prvý takýto dôkaz pri skalnatej planéte v obývateľnej zóne inej hviezdy.
Astronómovia už poznajú tisíce exoplanét a medzi nimi aj niekoľko kamenných svetov v obývateľných zónach. Zistiť, či majú atmosféru, je však podstatne ťažšie než zmerať ich veľkosť alebo obežnú dráhu. Práve v tomto smere priniesla LHS 1140 b dlho očakávaný posun.
Systém LHS 1140 leží približne 48 svetelných rokov od Zeme. Samotná planéta patrí medzi superzeme. Má asi 1,7-násobok polomeru Zeme a je približne 5,6-krát hmotnejšia. Nejde teda o druhú Zem, ale stále je to kompaktný a pravdepodobne prevažne kamenný svet. Jej nižšia hustota naznačuje, že môže obsahovať veľké množstvo vody alebo hrubší plynový obal.
O planéte sa preto už dlhšie hovorí ako o možnom vodnom či ľadovom svete. Poloha v obývateľnej zóne znamená, že pri vhodnom tlaku a zložení atmosféry by sa na povrchu mohla udržať kvapalná voda. Samotná vzdialenosť od hviezdy však nestačí. Bez atmosféry by mohla byť LHS 1140 b len premrznutým kusom skaly.
Najväčšie riziko prichádza od samotnej hviezdy. Červené trpaslíky dokážu mladé planéty bombardovať silným ultrafialovým a röntgenovým žiarením. To môže plynový obal počas miliárd rokov postupne doslova sfúknuť.
Neprehliadni
Tento problém riešil Collin Cherubim, vtedy doktorand na Harvardovej univerzite. Najskôr vytvoril model, podľa ktorého by mala mať planéta vo vysokej atmosfére veľké množstvo hélia. Ide o ľahký plyn, ktorý hviezdne žiarenie zahrieva a pomaly odnáša do vesmíru.
Ak hélium okolo planéty skutočne je, malo by sa ukázať počas tranzitu, teda v momente, keď LHS 1140 b prejde popred svoju hviezdu. Cherubimov školiteľ David Charbonneau bol k nápadu spočiatku skeptický. Takýto podpis dovtedy nikto pri skalnatej planéte v obývateľnej zóne spoľahlivo nezachytil.
Hélium prezradilo, že planéta má atmosféru
Tím napokon získal čas na Magellanových teleskopoch v Čile a použil infračervený spektrograf WINERED. Počas jednej noci nastala zriedkavá situácia, keď popred tú istú hviezdu prešli dve planéty systému. Vedci tak mohli priamo porovnať ich spektrá.
Menšia LHS 1140 c neukázala merateľnú absorpciu hélia. To ešte nevylučuje každý typ atmosféry, no spolu so staršími údajmi naznačuje, že jej plynový obal je veľmi slabý alebo už takmer zmizol. LHS 1140 b naopak ukázala héliový podpis presne na vlnových dĺžkach, ktoré predpovedal model.
Keď planéta prechádza popred hviezdu, časť svetla preletí cez jej atmosféru. Jednotlivé plyny z neho pohltia presne určené vlnové dĺžky a v spektre po sebe nechajú malé medzery. Hélium má vlastný jasne rozpoznateľný podpis. V údajoch z WINERED sa objavil tam, kde ho vedci očakávali.
Cherubim výsledok opakovane prepočítal a tím preveril možné chyby spracovania, aktivitu hviezdy aj rušenie zemskou atmosférou. Charbonneau neskôr označil detekciu za štatisticky mimoriadne pevnú. Štúdiu publikoval časopis Science.
Hélium neznamená, že planéta má pokojný a nemenný plynový obal. Vedci ho vidia práve preto, že uniká. LHS 1140 b však napriek tomuto úniku o atmosféru úplne neprišla. Modely naznačujú, že si ju dokázala udržať viac než tri miliardy rokov, hoci obieha okolo aktívneho červeného trpaslíka.
O rok neskôr signál zmizol
Celá vec má jeden háčik. Héliový podpis tím zachytil pri pozorovaní v roku 2024, no pri opakovanom tranzite o rok neskôr už nie. Vedci to nevnímajú ako automatické vyvrátenie prvého merania. Únik plynu sa môže meniť podľa aktivity hviezdy a teploty najvyšších vrstiev atmosféry.
Ak hviezda vyšle menej röntgenového alebo ultrafialového žiarenia, atmosféra sa môže ochladiť a héliový prúd zoslabne. V roku 2025 tak mohol klesnúť pod hranicu citlivosti prístroja. Astronómovia preto budú potrebovať viac tranzitov, nie iba jedno úspešné pozorovanie.
James Webb môže sledovať inú časť atmosféry
Staršie pozorovania teleskopu Jamesa Webba naznačovali, že LHS 1140 b nemá jednoduchú nafúknutú vodíkovo-héliovú atmosféru typickú pre minineptúny. Namiesto nej môže mať obal tvorený ťažšími plynmi a pod ním kamenný alebo vodou bohatý svet.
Nové meranie tomu nemusí odporovať. WINERED zachytil najvyššiu vrstvu, z ktorej plyn uniká. Hlbšie časti atmosféry môžu mať úplne iné zloženie a obsahovať zlúčeniny kyslíka, uhlíka alebo dusíka. Podobne je to aj na Zemi, kde sa podmienky pri povrchu výrazne líšia od tých na hranici vesmíru.
Pozemské teleskopy dostali nový nástroj
Pozorovanie zároveň ukázalo, že pri hľadaní atmosfér sa astronómovia nemusia spoliehať len na vesmírne observatóriá. Cherubimov tím zachytil unikajúci plyn pomocou citlivého pozemského spektrografu, hoci planéta leží desiatky svetelných rokov od nás.
Takéto meranie neprezradí tlak pri povrchu ani úplné zloženie atmosféry. Dokáže však ukázať, ktoré planéty si plynový obal vôbec udržali. Astronómovia potom môžu vybrať najlepšie ciele pre teleskop Jamesa Webba a ďalšie výkonnejšie observatóriá.
Nález nie je dôkazom života ani potvrdením oceánu. Vedci však po prvý raz zachytili atmosféru na skalnatej planéte v obývateľnej zóne inej hviezdy. Čo sa skrýva pod vrstvou hélia, ktorú z LHS 1140 b pomaly odnáša jej materská hviezda?
