Webb potrafi wykryć planety krążące wokół białych karłów, a może nawet dostrzec oznaki życia

W niedawnym badaniu przyjętym do Monthly Notices of the Royal Astronomical Society międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez Texas A&M University zbadał, w jaki sposób Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) może wykryć różne egzoplanety krążące wokół najbliższych 15 białych karłów za pomocą jego średniej rozdzielczości spektrografu średniej rozdzielczości (MRS) instrumentu średniej podczerwieni (MIRI). Badanie to może poszerzyć naszą wiedzę na temat egzoplanet, ich składu planet i tego, czy mogą one podtrzymywać życie.

Biały karzeł to niesamowicie gęsta gwiazda wielkości Ziemi, która jest wynikiem podobnej do Słońca gwiazdy, która wyczerpuje całe swoje paliwo jądrowe. Zasadniczo biały karzeł jest tym, czym nasze Słońce stanie się pod koniec swojego życia za miliardy lat. Dlaczego więc białe karły są szczególnie interesujące w poszukiwaniu życia poza Ziemią?

Mary Anne Limbach, doktorantka na Wydziale Fizyki i Astronomii na Texas A&M University i główna autorka badania, wyjaśnia, jak trudno jest wykryć biosygnatury na planetach w ekosferze (HZ) gwiazd podobnych do Słońca. do Słońca, które jest 10 miliardów razy jaśniejsze niż Ziemia. Mówi, że oznacza to, że instrumenty JWST nie byłyby w stanie wykryć egzoplanety analogicznej do Ziemi z powodu światła gwiazd zagłuszającego światło analogu Ziemi, który jest obrazowany.

Z drugiej strony białe karły, pozostałości po martwych gwiazdach, są znacznie mniejsze niż Słońce.powiedział Limbach.

W rzeczywistości rozmiar (promień) białego karła jest mniej więcej taki sam jak Ziemi. W podczerwieni biały karzeł jest tylko około 100 razy jaśniejszy niż odpowiednik Ziemi. Ponadto większość białych karłów nie ma plam gwiazdowych ani rozbłysków, ale raczej pozostaje w stałej jasności w czasie. Tak więc, jeśli zamiast tego umieścimy białego karła i analog Ziemi na 5 parsekach, nadal nie możemy zobrazować analogu Ziemi, ale powinniśmy wykryć 1% dodatkowego światła, które otrzymujemy z powodu obecności Ziemi. To dodatkowe światło jest określane jako „nadmiar w podczerwieni”, co jest metodą, którą proponujemy w artykule do wykrywania egzoplanet białych karłów.

Korzystając z tej metody, naukowcy odkryli, że JWST jest w stanie wykryć nadmiar w podczerwieni egzoplanet gigantycznych zimnych gazów krążących wokół białych karłów w odległości 15 parseków od Ziemi, wraz z umiarkowanymi lub gorącymi egzoplanetami ziemskimi, które obejmują zarówno analogi Ziemi, jak i Merkurego, w odległości 10 parseków z Ziemi. Badanie omawia również, w jaki sposób obserwacje spektroskopowe z wykorzystaniem MIRI mogą być wykorzystane do poszukiwania biosygnatur na światach ziemskich w strefach zamieszkałych białych karłów. Chociaż te odkrycia są niezwykłe, czy JWST można wykorzystać do potencjalnego obserwowania biosygnatur na planetach wokół gwiazd innych niż białe karły?

Spektroskopia tranzytowa, która jest metodą charakteryzowania atmosfer egzoplanet, to kolejna metoda, którą zaproponowano do poszukiwania biosygnatur za pomocą JWST.wyjaśnia Limbach.

Inne artykuły naukowe badały użycie tej techniki w przypadku białych karłów i gwiazd karłów typu M (które są mniej masywne niż Słońce, ale wciąż łączą wodór). Korzystając ze spektroskopii tranzytowej JWST, wykrycie biosygnatur na planetach Trappist-1, najkorzystniejszym dla tych obserwacji karłem M, zajęłoby setki godzin. Dla porównania, wykrycie biosygnatur na analogu Ziemi krążącym wokół białego karła w odległości 5 parseków zajęłoby około 25 godzin przy użyciu proponowanej metody nadmiaru podczerwieni. Jest jednak jeden haczyk: wiemy o egzoplanetach Trappist-1, ale nie wykryliśmy żadnych egzoplanet lądowych wokół białych karłów.

Układ Trappist-1 to układ gwiezdny znajdujący się 12 parseków (39 lat świetlnych) od Ziemi, z co najmniej siedmioma planetami wielkości Ziemi krążących wokół gwiazdy, która jest 12 razy mniej masywna niż nasze Słońce. siedem planet dzieli tę samą gęstość, co wskazuje, że mogą to być światy skaliste. Więc jaka jest przyszłość dla prób znalezienia życia poza Ziemią?

NASA ma plany zbudowania teleskopu zdolnego do obrazowania nadających się do zamieszkania egzoplanet wokół gwiazd podobnych do Słońca, ale nie ma planowanych nadchodzących obserwatoriów kosmicznych w podczerwieni o czułości porównywalnej do JWST.powiedział Limbach.

 Tak więc obserwacje instrumentem JWST/MIRI mogą być naszą jedyną szansą na poszukiwanie życia wokół pobliskich białych karłów. Jeśli w tym niejasnym miejscu istnieje obfitość życia, prawdopodobnie wykryjemy biosygnatury na tych światach za pomocą JWST w niedalekiej przyszłości, na długo zanim będziemy mieli obserwatoria zdolne do charakteryzowania analogów Ziemi krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca.