Новая пошаговая дорожная карта описывает, как повысить эффективность сбора данных с помощью JWST, чтобы принести пользу астрономическому сообществу в целом. «Теперь мы надеемся, что можно будет инициировать крупномасштабные усилия сообщества, направляемые дорожной картой, чтобы обеспечить своевременные результаты», — говорит доцент Массачусетского технологического института Жюльен де Вит. Кредит: NASA/JPL-Caltech
Запуск космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) NASA в 2021 году ознаменовал начало захватывающей новой эры в исследовании экзопланет, особенно для ученых, изучающих планеты земной группы, вращающиеся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца. Но спустя три года после начала миссии телескопа некоторые ученые столкнулись с трудностями, которые замедлили прогресс.
В недавней статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, Инициатива сообщества TRAPPIST-1 JWST излагает пошаговую дорожную карту для преодоления трудностей, с которыми они столкнулись при изучении системы TRAPPIST-1, путем повышения эффективности сбора данных на благо всего астрономического сообщества.
«Целое сообщество экспертов объединилось, чтобы решить эти сложные междисциплинарные задачи и разработать первую многолетнюю стратегию наблюдений, которая даст JWST реальный шанс на выявление пригодных для жизни миров в течение его существования», — говорит Жюльен де Вит, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) Массачусетского технологического института и один из ведущих авторов статьи.
Два по цене одного
Расположенная в 41 световом году от Земли система TRAPPIST-1 с ее семью планетами представляет собой уникальную возможность для изучения большой системы с несколькими планетами разного состава, подобной нашей Солнечной системе.
«Это цель мечты: у вас не одна, а, может быть, три планеты в обитаемой зоне, так что у вас есть возможность фактически сравнивать в одной и той же системе», — говорит Рене Дойон из Монреальского университета, который руководил исследованием вместе с де Витом. «Существует лишь несколько хорошо изученных умеренных каменистых планет, для которых мы можем надеяться обнаружить их атмосферу, и большинство из них находятся в системе TRAPPIST-1».
Такие астрономы, как де Вит и Дойон, изучают атмосферы экзопланет с помощью техники, называемой трансмиссионной спектроскопией, где они смотрят, как звездный свет проходит через потенциальную атмосферу планеты, чтобы увидеть, какие элементы в ней присутствуют. Спектры пропускания собираются, когда планета проходит перед своей звездой-хозяином.
Планеты в системе TRAPPIST имеют короткие орбитальные периоды. В результате их транзиты часто перекрываются. Время наблюдения транзитов обычно выделяется в пятичасовых окнах, и при правильном планировании около половины из них могут поймать по крайней мере два транзита. Это «два за один» экономит и время, и деньги, удваивая сбор данных.
Звездное загрязнение
Звезды неоднородны; их поверхности могут иметь разную температуру, создавая пятна, которые могут быть более горячими или более холодными. Молекулы, такие как водяной пар, могут конденсироваться в холодных пятнах и мешать спектру пропускания. Звездную информацию, подобную этой, может быть трудно отделить от планетарного сигнала и давать ложные указания на состав атмосферы планеты, создавая то, что известно как «звездное загрязнение». Хотя это часто игнорировалось, улучшенные возможности JWST выявили проблемы, которые звездное загрязнение создает при изучении планетарных атмосфер.
Научный сотрудник EAPS Бен Рэкхэм столкнулся с этими проблемами, когда они сорвали его первоначальное докторское исследование малых экзопланет с использованием телескопов Магеллана в Чили. Теперь он видит ту же проблему, с которой впервые столкнулся, будучи аспирантом, повторяющуюся с новыми данными JWST.
«Как мы и предсказывали на основе более ранней работы с данными наземных телескопов, самые первые спектральные сигнатуры, которые мы получаем с JWST, на самом деле не имеют никакого смысла с точки зрения планетарной интерпретации», — говорит он. «Эти особенности не такие, какие мы ожидали бы увидеть, и они меняются от транзита к транзиту».
Рэкхем и Дэвид Берардо, постдок EAPS, работали с де Витом над способами коррекции звездного загрязнения, используя два разных метода: улучшение моделей звездных спектров и использование прямых наблюдений для получения поправок.
«Наблюдая за вращением звезды, мы можем использовать чувствительность JWST, чтобы получить более четкую картину того, как выглядит ее поверхность, что позволит более точно измерить атмосферу планет, которые проходят через нее», — говорит Берардо. Это, в сочетании с изучением транзитов, следующих друг за другом, как предлагается в дорожной карте, собирает полезные данные о звезде, которые можно использовать для фильтрации звездного загрязнения как из будущих исследований, так и из прошлых.
За пределами TRAPPIST-1
Текущая дорожная карта появилась в результате усилий Инициативы сообщества TRAPPIST JWST по объединению отдельных программ, ориентированных на отдельные планеты, что не позволяло им использовать оптимальные окна наблюдения за транзитами.
«Мы с самого начала понимали, что эта работа «займет целую деревню», чтобы избежать ловушек эффективности небольших программ наблюдения», — говорит де Вит. «Теперь мы надеемся, что можно будет инициировать масштабную общественную работу, направляемую дорожной картой, чтобы своевременно получить результаты».
Де Вит надеется, что в течение десятилетия это позволит обнаружить пригодные для жизни миры вокруг TRAPPIST-1.
И де Вит, и Дойон считают, что система TRAPPIST-1 является лучшим местом для проведения фундаментальных исследований атмосфер экзопланет, которые будут распространены на исследования в других системах. Дойон считает, что «система TRAPPIST-1 будет полезна не только для самого TRAPPIST-1, но и для изучения того, как делать очень точную коррекцию звездной активности, что будет полезно для многих других программ трансмиссионной спектроскопии, также затронутых звездной активностью».
«У нас есть в пределах досягаемости фундаментальные и преобразующие ответы с четкой дорожной картой к ним», — говорит де Вит. «Нам просто нужно усердно следовать ей».
Информация от: Массачусетским технологическим институтом
