На экзопланете LHS 1140 b может быть океан с жидкой водой

Когда экзопланета LHS 1140 b была впервые обнаружена, астрономы предположили, что это может быть мини-Нептун: по существу газообразная планета, но очень маленькая по размеру по сравнению с Нептуном. Но после анализа данных космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST), собранных в декабре 2023 года, в сочетании с предыдущими данными других космических телескопов, таких как Спитцер, Хаббл и TESS, ученые пришли к совершенно иному выводу.

LHS 1140 b, расположенная примерно в 48 световых годах от Земли в созвездии Кита, кажется одной из самых многообещающих экзопланет в обитаемой зоне своей звезды, потенциально содержащей атмосферу и даже океан жидкой воды. Результаты этого открытия астрономов Университета Монреаля доступны на ArXiv и вскоре будут опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.

Экзопланета в зоне «Златовласки»

LHS 1140 b, экзопланета, вращающаяся вокруг красного карлика, размером примерно в одну пятую размера Солнца, очаровала ученых, поскольку она является одной из ближайших к нашей Солнечной системе экзопланет, находящихся в пределах обитаемой зоны своей звезды.

Экзопланеты, обнаруженные в этой «Зоне Златовласки», имеют температуру, которая позволяет воде существовать на них в жидкой форме — жидкая вода является важнейшим элементом для жизни, какой мы ее знаем на Земле.

Ранее в этом году исследователи под руководством Шарля Кадье, сообщили о новых оценках массы и радиуса LHS 1140 b с исключительной точностью, сравнимой с таковыми у известных планет TRAPPIST-1: она в 1,7 раза больше размера Земли и в 5,6 раз больше ее по массе.

Один из важнейших вопросов, касающихся LHS 1140 b, заключался в том, является ли она экзопланетой типа мини-Нептуна (небольшой газовый гигант с толстой, с богатой водородом атмосферой) или супер-Землей (скалистая планета, больше Земли). Этот последний сценарий включал в себя возможность так называемой планеты «типа Hycean» с глобальным жидким океаном, окруженным богатой водородом атмосферой, которая будет демонстрировать отчетливый атмосферный сигнал, который можно будет наблюдать с помощью мощного телескопа Джеймс Уэбба.

Новые идеи на основе данных Уэбба

Команда астрономов получила ценное на Уэббе в декабре прошлого года, во время которого два транзита LHS 1140 b наблюдались с помощью аппарата NIRISS.

Анализ этих наблюдений категорически исключил сценарий мини-Нептуна, и позволил предположить, что экзопланета LHS 1140 b является суперземлей, которая может даже иметь богатую азотом атмосферу.

Если этот результат подтвердится, LHS 1140 b станет первой планетой с умеренным климатом, на которой будут обнаружены признаки вторичной атмосферы, образовавшейся после первоначального формирования планеты.

Оценки, основанные на всех накопленных данных, показывают, что LHS 1140 b менее плотная, чем ожидалось для каменистой планеты с земным составом, что позволяет предположить, что от 10 до 20 процентов ее массы может состоять из воды. Это открытие указывает на то, что LHS 1140 b представляет собой привлекательный водный мир, вероятно, напоминающий ледяную планету с потенциальным жидким океаном на той стороне, которая все время обращена к звезде.

«Из всех известных в настоящее время экзопланет умеренного пояса LHS 1140 b вполне может быть нашим лучшим выбором, чтобы однажды косвенно подтвердить наличие жидкой воды на поверхности чужеродного мира за пределами нашей Солнечной системы», — сказал Шарль Кадье, ведущий автор нового исследования. «Это станет важной вехой в поиске потенциально обитаемых экзопланет».

Возможное наличие атмосферы и океана

Хотя это пока лишь предварительный результат, наличие богатой азотом атмосферы на LHS 1140 b предполагает, что на планете сохранилась значительная атмосфера, создающая условия, которые могут поддерживать жидкую воду. Это открытие делает сценарий «водный мир/снежный ком» наиболее вероятным.

Согласно существующим моделям, если LHS 1140 b обладает атмосферой, подобной земной, то это будет планета-снежок с огромным океаном размером около 4000 километров, что эквивалентно половине размера Атлантического океана. Температура поверхности в центре этого инопланетного океана может составлять даже комфортные 20 градусов Цельсия.

Потенциальная атмосфера LHS 1140 b и благоприятные условия для жидкой воды делают ее исключительным кандидатом для будущих исследований обитаемости. Эта планета предоставляет уникальную возможность изучить мир, в котором могла бы поддерживаться жизнь, учитывая ее положение в обитаемой зоне звезды и вероятность наличия у нее атмосферы, способной сохранять тепло и поддерживать стабильный климат.

Впереди несколько лет наблюдений

Подтверждение присутствия и состава атмосферы LHS 1140 b и различие между сценариями планеты-снежка и планеты-океана требуют дальнейших наблюдений. Исследовательская группа подчеркнула необходимость дополнительных измерений транзитов и затмений с помощью телескопа JWST, сосредоточив внимание на конкретном сигнале, который мог бы выявить присутствие углекислого газа.

Эта особенность имеет решающее значение для понимания состава атмосферы и обнаружения потенциальных парниковых газов, которые могут указывать на пригодные для жизни условия на экзопланете.

«Обнаружение атмосферы, похожей на земную, на планете с умеренным климатом, ставит возможности «Уэбба» на предел — это осуществимо; нам просто нужно много времени для наблюдений», — говорят исследователи. «Текущий намек на богатую азотом атмосферу требует подтверждения с помощью дополнительных данных. Нам нужен еще как минимум один год наблюдений, чтобы подтвердить наличие атмосферы у LHS 1140 b, и, вероятно, еще два или три, чтобы обнаружить углекислый газ».

По словам ученых, телескопу, вероятно, придется наблюдать эту систему при любой возможности в течение нескольких лет, чтобы определить, есть ли на поверхности LHS 1140 b пригодные для жизни условия.

Учитывая ограниченную видимость LHS 1140 b для Уэбба — возможно максимум восемь наблюдений в год — астрономам потребуется несколько лет, чтобы обнаружить углекислый газ и подтвердить наличие жидкой воды на поверхности планеты.