Czy istnieje życie poza Ziemią? Teleskop kosmiczny Webb bada zaskakującą pobliską planetę lodową

Umiarkowana planeta pozasłoneczna LHS 1140 b może być światem całkowicie pokrytym lodem (po lewej) podobnym do księżyca Jowisza, Europa, lub może być światem lodowym z ciekłym podplanetarnym oceanem i obłoczną atmosferą (w środku). LHS 1140 b ma 1,7 raza większą wielkość niż nasza planeta Ziemia (po prawej) i jest najbardziej obiecującą planetą pozasłoneczną w strefie zdatnej do zamieszkania znalezioną w poszukiwaniach wody w stanie ciekłym poza Układem Słonecznym. Kredyt: Benoit Gougeon, Université de Montréal

Badacze wykorzystali dane z wielu teleskopów kosmicznych, w tym teleskopu kosmicznego Jamesa Webba (JWST), aby zbadać planetę pozasłoneczną LHS 1140 b, znajdującą się 48 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Wieloryba. Ta planeta pozasłoneczna, krążąca wokół czerwonej karzełki, znajduje się w strefie zdatnej do zamieszkania i wykazuje oznaki potencjalnego posiadania atmosfery bogatej w azot i bogatej w wodę, co może obejmować ciekły wodny ocean. To czyni LHS 1140 b jednym z najbardziej obiecujących kandydatów do przyszłych badań dotyczących zdatności do zamieszkania.

Naukowcy zidentyfikowali umiarkowaną planetę pozasłoneczną jako obiecującą super-Ziemię lodową lub wodną. Pod przewodnictwem Université de Montréal zespół badawczy, w skład którego wchodzi astronom z Uniwersytetu Michigan.

Wyniki pokazują, że planeta pozasłoneczna LHS 1140 b w strefie zdatnej do zamieszkania nie jest prawdopodobnie mini-Neptunem, małym tak zwanym gazowym gigantem — dużymi planetami składającymi się głównie z gazu — z gęstą atmosferą bogatą w wodór. Planeta, znajdująca się około 48 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Wieloryba, wyłania się jako jeden z najbardziej obiecujących znanych kandydatów na planetę pozasłoneczną w strefie zdatnej do zamieszkania, potencjalnie dysponującą atmosferą oraz nawet ciekłym oceanem wodnym.

Dane z teleskopu kosmicznego Jamesa Webba zostały zebrane w grudniu 2023 roku i dodane do wcześniejszych danych z innych teleskopów kosmicznych jak Spitzer, Hubble i TESS, aby zabezpieczyć ten wynik, który został zaakceptowany do publikacji w bieżącym tygodniu w The Astrophysical Journal Letters.

"To jest pierwszy raz, kiedy zauważyliśmy ślad atmosfery na planecie skalistej lub bogatej w lód w strefie zdatnej do zamieszkania. Wykrycie atmosfer na małych, skalistych światach to główny cel JWST, ale sygnały te są znacznie trudniejsze do dostrzeżenia niż w atmosferach gigantycznych planet" - powiedział Ryan MacDonald, Stypendysta Sagan NASA na Wydziale Astronomii U-M, który odegrał kluczową rolę w analizie atmosfery LHS 1140 b. "LHS 1140 b jest jedną z najlepszych małych planet pozasłonecznych w strefie zdatnej do zamieszkania zdolną do utrzymania gęstej atmosfery, a my właśnie mogliśmy znaleźć dowody na obecność powietrza na tej planecie."

Wypuszczony w 2021 roku, Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba jest kolejnym wielkim obserwatorium kosmicznym po Hubble'u, zaprojektowanym do odpowiedzi na nierozwiązane pytania o Wszechświat i dokonania przełomowych odkryć we wszystkich dziedzinach astronomii. Jego zdolności podczerwieni pozwalają na szczegółowe badanie atmosfer odległych planet, identyfikując pierwiastki takie jak para wodna, metan i możliwe biosygnatury. Kredyt: ESA/ATG medialab

LHS 1140 b, planeta pozasłoneczna krążąca wokół czerwonego karła o niskiej masie, około jednej piątej wielkości Słońca, zachwyciła naukowców swoim położeniem jako jedna z najbliższych planet pozasłonecznych do Układu Słonecznego znajdujących się w strefie zdatnej do zamieszkania gwiazdy. Planety pozasłoneczne znalezione w tej "Strefie Goldilocks" mają temperatury, które pozwoliłyby na istnienie na nich wody w stanie ciekłym, kluczowego elementu dla życia, takiego jak znamy je na Ziemi.

Jednym z krytycznych pytań dotyczących LHS 1140 b było, czy jest to planeta typu mini-Neptun czy super-Ziemia - skalista lub bogata w wodę planeta większa od Ziemi.

"Spośród wszystkich obecnie znanych umiarkowanych planet pozasłonecznych, LHS 1140 b może być naszą najlepszą szansą na kiedyś pośrednie potwierdzenie istnienia wody w stanie ciekłym na powierzchni obcego świata poza naszym Układem Słonecznym" - powiedział Charles Cadieux, główny autor artykułu naukowego i doktorant na Université de Montréal. "Byłoby to duże osiągnięcie w poszukiwaniach potencjalnych planet pozasłonecznych zdatnych do zamieszkania."

Analiza obserwacji zespołu silnie wykluczyła scenariusz mini-Neptuna, wskazując na to, że planeta pozasłoneczna LHS 1140 b to super-Ziemia, która może nawet posiadać atmosferę bogatą w azot, podobną do tej na Ziemi. Jednak zespół ostrzega, że dodatkowe obserwacje z wykorzystaniem obserwacji JWST będą konieczne do potwierdzenia sygnatury gazu azotowego.

Szacunki oparte na wszystkich zgromadzonych danych ujawniają, że LHS 1140 b jest mniej gęsty niż oczekiwano dla planety skalistej o składzie podobnym do Ziemi, co sugeruje, że 10 do 20% jego masy może być składane wodą. To odkrycie wskazuje, że LHS 1140 b jest przekonującym kandydatem na planetę wodną, prawdopodobnie przypominającą kulę śnieżną lub planetę lodową z potencjalnym ciekłym oceanem w punkcie subplanetarnym, czyli obszarze powierzchni planety, który zawsze byłby skierowany w stronę gwiazdy systemu ze względu na synchroniczną rotację planety (podobnie jak Księżyc Ziemi).