Маленький Нептун оказался гигантской замерзшей планетой Земля

Из всех возможных экзопланет земного типа — экзопланет земного типа, более массивных, чем Земля — существует экзопланета, вращающаяся вокруг звезды всего в 40 световых годах от нас в созвездии Кита, которая, пожалуй, наиболее похожа на все, что когда-либо было обнаружено.

Экзопланета LHS 1140 b должна была быть малой Нептуном, когда она была впервые обнаружена космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА в конце 2023 года. После анализа данных этих наблюдений группа исследователей под руководством астронома Шарля Кадье предположила это. .. Университет Монреаля, LHS 1140 b, вероятно, будет гигантской Землей.

Если эта планета является альтернативной версией нашей планеты, ее относительная близость к ее холодному красному карлику означает, что она, скорее всего, представляет собой гигантский снежный ком или почти замороженный объект с субзвездной окружностью (область, ближайшая к звезде), что делает ее похожей на космическое глазное яблоко. Сейчас считается, что это экзопланета с наибольшей вероятностью наличия жидкой воды на своей поверхности и, следовательно, может быть обитаемой.

Кадье и его команда говорят, что нашли «интересные доказательства… [nitrogen]Атмосфера, которая доминирует в обитаемой зоне СуперЗемли. Стади Недавно оно было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.

Прости, Нептун…

В декабре 2023 года два прохождения LHS 1140 b наблюдались с помощью прибора NIRISS (прибор для формирования изображений и спектрометр ближнего инфракрасного диапазона) на борту Уэбба. NIRISS специализируется на обнаружении экзопланет и получении дополнительной информации о них с помощью транзитной спектроскопии, которая улавливает свет родительской звезды планеты, когда он проходит через атмосферу этой планеты и движется к Земле. Анализ различных спектральных диапазонов этого света может сказать ученым, какие именно атомы и молекулы присутствуют в атмосфере планеты.

Чтобы проверить предыдущую гипотезу о том, что LHS 1140 b является мини-Нептуном, исследователи создали трехмерную модель глобального климата, или GCM. Используйте эту сложную математику, чтобы исследовать различные комбинации факторов, составляющих климатическую систему планеты, таких как суша, океаны, лед и атмосфера. Несколько различных моделей глобального климата мини-Нептуна были сравнены с наблюдаемым световым спектром с помощью транзитной спектроскопии. Уменьшенная модель Нептуна обычно включает газового гиганта с толстой, безоблачной или почти безоблачной атмосферой, в которой преобладает водород, но спектральные полосы этой модели не соответствуют наблюдениям NIRISS.

Поскольку возможность существования маленького Нептуна в значительной степени исключена (хотя для подтверждения этого необходимы дополнительные наблюдения и анализы), команда Кадье обратилась к другой возможности: гигантской Земле.

Земля далеко от Земли?

Спектры, наблюдаемые с помощью NIRISS, больше соответствовали общим климатическим моделям суперземли. Планеты этого типа обычно имеют толстый слой азота или углекислого газа.₂— Богатая атмосфера, окружающая каменистую поверхность, содержащая воду в замороженном или жидком виде.

Модели также предполагали существование вторичной атмосферы, которая образовалась после выхода из исходной атмосферы легких элементов (водорода и гелия) на ранних стадиях формирования планеты. Вторичная атмосфера состоит из более тяжелых элементов, выделяющихся из земной коры, таких как водяной пар, углекислый газ и метан. Эти атмосферы обычно встречаются на теплых планетах земной группы (Земля имеет вторичную атмосферу).

Самыми важными данными, которые не соответствовали глобальным климатическим моделям, было то, что планета имеет меньшую плотность (на основе измерений ее размера и массы), чем можно было бы ожидать для скалистого мира. Это соответствует водному миру с массой от 10 до 20 процентов воды. Основываясь на этой оценке, исследователи полагают, что LHS 1140 b может быть гессенской планетой — планетой-океаном, обладающей большинством характеристик суперземли, но в чьей атмосфере преобладает водород, а не азот.

Поскольку она вращается вокруг слабой звезды достаточно близко, чтобы быть заблокированной приливами, некоторые модели предполагают, что это в основном ледяная планета с жидким океаном под звездой на ее дневной стороне.

Хотя LHS 1140 b может быть планетой-гигантом, гипотеза гессенской планеты может оказаться исключенной. Планеты Гессен уязвимы для безудержного глобального потепления, которое происходит, когда в атмосфере планеты накапливается достаточно парниковых газов, чтобы предотвратить утечку тепла. В конце концов, жидкая вода испарится на планете, которая не может охлаждаться сама.

Хотя мы приближаемся к пониманию того, что представляет собой планета LHS 1140 b и пригодна ли она для жизни, нам необходимо больше наблюдений. Кадье хочет продолжить это исследование, сравнив данные NIRISS с данными о других планетах-гигантах, ранее собранных с помощью спектрометра ближнего инфракрасного диапазона обсерватории Уэбба (NIRSpec). Также необходимы как минимум три транзитных наблюдения планеты с использованием прибора MIRI (средний инфракрасный диапазон) обсерватории Уэбба, чтобы гарантировать, что звездное излучение не мешает наблюдениям за самой планетой.

«Учитывая ограниченную видимость LHS 1140b, может потребоваться несколько лет наблюдений, чтобы обнаружить ее возможную вторичную атмосферу», — заявили исследователи в том же исследовании. Стади.

Может ли эта планета на самом деле быть замороженной внешней Землей? Ожидание и предвкушение будут продолжаться еще несколько лет.

Письма Астрофизического журнала, 2024 г. DOI: 10.3847/2041-8213/ad5afa