Красные карлики, также известные как М-карлики, доминируют в звездном населении Млечного Пути. Они могут существовать 100 миллиардов лет и дольше. Поскольку эти долгоживущие звезды составляют большинство звезд в нашей галактике, вполне понятно, что именно на них находится большинство планет.
Астрономы изучили красный карлик под названием SPECULOOS-3, звезду размером с Юпитер, находящуюся примерно в 55 световых годах от нас, и обнаружили экзопланету размером с Землю, вращающуюся вокруг нее. Это отличный кандидат для дальнейших исследований с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба.
SPECULOOS означает «Поиск обитаемых планет, затмевающих ультрахолодные звезды». Это проект Европейской южной обсерватории по поиску планет земной группы, вращающихся вокруг холодных звезд, таких как красные карлики. (Странное название — дань уважения бельгийскому сладкому печенью.) Цель — найти планеты, которые хорошо подходят для спектроскопии с помощью JWST и ELT.
Новая планета получила название SPECULOOS-3b, и о ее открытии недавно было рассказано в статье в журнале Nature Astronomy. Название статьи — «Открытие экзопланеты размером с Землю, вращающейся вокруг ближайшей ультрахолодной карликовой звезды SPECULOOS-3». Ведущий автор — Мишель Гиллон из отдела астробиологических исследований Льежского университета в Бельгии.
SPECULOOS — это автоматизированный поиск с использованием четырех телескопов по всему миру: один в обсерватории Паранал в Чили, один в обсерватории Тейде на Тенерифе, один в обсерватории Ла Силья в Чили и один в обсерватории Укаймден в Марокко. Проект ищет 1000 ультра-холодных звезд и коричневых карликов в поисках планет земной группы.
Одной из проблем обнаружения планет вокруг этих звезд является их низкая светимость. Поскольку они очень темные, транзитные экзопланеты трудно обнаружить, что затрудняет характеристику и изучение их планетарного населения. Пока астрономы нашли только одну планетную систему вокруг одной из этих звезд, и она довольно хорошо известна: система TRAPPIST-1. Первоначально программа SPECULOOS рассчитывала найти как минимум дюжину систем, подобных TRAPPIST-1.
«Мы разработали SPECULOOS специально для исследования близлежащих ультрахолодных карликовых звезд в поисках скалистых планет», — сказал ведущий автор Гиллон. «Благодаря прототипу SPECULOOS и решающей помощи космического телескопа НАСА «Спитцер» мы обнаружили знаменитую систему TRAPPIST-1. Это было отличное начало!»
Яркость этих звезд нельзя недооценивать. «Хотя этот конкретный красный карлик более чем в тысячу раз тусклее Солнца, его планета вращается гораздо ближе к нему, чем Земля, которая нагревает поверхность планеты», — сказала соавтор Кэтрин Кларк, постдокторант из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южная Калифорния.
Новая планета представляет собой мир размером с Землю, который вращается вокруг своей звезды всего за 17 часов. Звезда имеет спектральный класс М6,5 и доставляет на свою планету в 16,5 раз больше солнечной радиации, чем Солнце на Землю. Это может показаться удивительным, поскольку звезда намного холоднее Солнца. Температура поверхности Солнца составляет 5772 К (5500 °C), а температура SPECULOOS-3 — всего 2900 К (2627 °C). Но SPECULOOS 3 бомбардирует планету радиацией из-за близкого расстояния между ними.
Поскольку излучение в основном находится в инфракрасном диапазоне, а звезда размером всего с Юпитер, планета является отличным кандидатом для последующих наблюдений, и именно в этом вся суть программы SPECULOOS. Программа SPECULOOS 1 обнаружила около 365 объектов размером с Землю с умеренным климатом для дальнейшего изучения с помощью JWST.
Возраст системы SPECULOOS-3 составляет около 6,6 миллиардов лет. Его светимость, масса и радиус составляют 0,084%, 10,1% и 12,3% от Солнца. «SPECULOOS-3 лишь немного больше, чем TRAPPIST-1, и является второй по величине звездой главной последовательности, в которой находится транзитная планета», — объясняют авторы в своей статье.
Два разных телескопа наблюдали транзиты планет вокруг звезды в течение восьми ночей в 2021 и 2022 годах. «Визуальный осмотр кривых блеска 2021 и 2022 годов выявил некоторые структуры, похожие на транзиты, которые мотивировали будущий интенсивный мониторинг звезды», — объясняют авторы. Звезду снова наблюдали в 2023 году.
Исследователи пришли к выводу, что SPECULOOS-3b имеет размер Земли и составляет около 96 процентов радиуса нашей планеты. Однако плотность и масса планеты пока точно не известны. «Тем не менее, — пишут авторы в своей статье, — несколько факторов убедительно свидетельствуют о скалистом составе».
Однако есть две эмпирические причины, почему планета, вероятно, каменистая. Во-первых, его радиус находится на каменистой стороне радиусного разрыва. Во-вторых, «все известные планеты размером с Землю в экзопланетном архиве НАСА имеют массу, напоминающую скалистый состав», — объясняют Гиллон и его соавторы.
Однако большой вопрос касается возможной атмосферы планеты.
«С теоретической точки зрения интенсивное крайнее ультрафиолетовое излучение маломассивных звезд в период их ранней жизни делает маловероятным, что такая маленькая планета на такой короткой орбите могла бы поддерживать значительную водородную оболочку», — объясняют авторы.
Известно, что красные карлики излучают экстремальную радиацию, которая разрушает атмосферу планеты. Однако есть некоторые свидетельства того, что некоторые планеты могут сохранять свою атмосферу, несмотря на интенсивное излучение, например, недавно обнаруженная TIC365102760 b. Только время и дальнейшие наблюдения смогут сказать нам, есть ли у планеты атмосфера и какого она типа.
Исследователи внимательно наблюдали, есть ли у звезды вторая планета, но не нашли ее. Они также исследовали планету спектроскопически с использованием наземных объектов. Но нам придется подождать, пока JWST изучит планету, прежде чем мы сможем по-настоящему понять ее атмосферу. Два наиболее вероятных типа атмосферы горячих каменистых планет — это с преобладанием CO2 и с преобладанием H2O.
JWST сможет изучить SPECULOOS-3b с помощью эмиссионной спектроскопии. Это означает, что он может изучать свет, излучаемый планетой, а не только свет звезды, пролетающей через атмосферу. Это называется трансмиссионной спектроскопией. На эмиссионную спектроскопию не влияет нерегулярное поведение звезд, которое, как известно, демонстрируют красные карлики. Эмиссионная спектроскопия JWST также может помочь определить минералогию поверхности в отсутствие атмосферы. Существует потенциальное богатство информации, ожидающей открытия.
«Мы добиваемся больших успехов в изучении планет, вращающихся вокруг других звезд», — сказал Стив Б. Хауэлл, один из первооткрывателей планет в Исследовательском центре Эймса НАСА. «Теперь мы достигли стадии, когда мы можем обнаружить и детально изучить экзопланеты размером с Землю. Следующим шагом будет определение того, являются ли какие-либо из них обитаемыми или даже обитаемыми».
