James Webb Space Telescope kunne begynde at lære om TRAPPIST-1 atmosfærer på et enkelt år, undersøgelse viser

Ny forskning fra astronomer ved University of Washington bruger det spændende TRAPPIST-1 planetsystem som en slags laboratorium til at modellere ikke planeterne selv, men hvordan det kommende James Webb-rumteleskop kan opdage og studere deres atmosfærer, på vejen mod at lede efter liv hinsides Jorden.

Studiet, ledet af Jacob Lustig-Yaeger, en UW doktorand i astronomi, finder ud af, at James Webb-teleskopet, skal lanceres i 2021, måske være i stand til at lære nøgleoplysninger om atmosfæren i TRAPPIST-1 verdenerne selv i dets første driftsår, medmindre - som en gammel sang siger - skyer kommer i vejen.

"Webb-teleskopet er blevet bygget, og vi har en idé om, hvordan det vil fungere, " sagde Lustig-Yaeger. "Vi brugte computermodellering til at bestemme den mest effektive måde at bruge teleskopet til at besvare det mest grundlæggende spørgsmål, vi gerne vil stille, som er:Er der overhovedet atmosfærer på disse planeter, eller ikke?"

Hans papir, "Detekterbarheden og karakteriseringen af ​​TRAPPIST-1 Exoplanet-atmosfærerne med JWST, " blev offentliggjort online i juni i Astronomisk Tidsskrift .

TRAPPIST-1 systemet, 39 lysår - eller omkring 235 billioner miles - væk i stjernebilledet Vandmanden, interesserer astronomer på grund af dens syv kredsende sten, eller jordlignende, planeter. Tre af disse verdener er i stjernens beboelige zone - den del af rummet omkring en stjerne, der er lige til at tillade flydende vand på overfladen af ​​en stenet planet, dermed give livet en chance.

Stjernen, TRAPPIST-1, var meget varmere, da den blev dannet, end den er nu, som ville have udsat alle syv planeter for havet, is og atmosfærisk tab i fortiden.

"Der er et stort spørgsmål på området lige nu, om disse planeter overhovedet har atmosfærer, især de inderste planeter, " sagde Lustig-Yaeger. "Når vi har bekræftet, at der er atmosfærer, hvad kan vi så lære om hver planets atmosfære - molekylerne, der udgør den?"

I betragtning af den måde, han foreslår, at James Webb-rumteleskopet kan søge, det kunne lære meget på ret kort tid, dette papir finder.

Astronomer opdager exoplaneter, når de passerer foran eller "transiterer" deres værtsstjerne, resulterer i en målbar dæmpning af stjernelys. Planeter tættere på deres stjerne passerer oftere og er derfor noget nemmere at studere. Når en planet passerer sin stjerne, en smule af stjernens lys passerer gennem planetens atmosfære, hvormed astronomer kan lære om atmosfærens molekylære sammensætning.

Lustig-Yaeger sagde, at astronomer kan se små forskelle i planetens størrelse, når de ser i forskellige farver, eller bølgelængder, af lys.

"Dette sker, fordi gasserne i planetens atmosfære kun absorberer lys i meget specifikke farver. Da hver gas har et unikt "spektralt fingeraftryk, ' vi kan identificere dem og begynde at sammensætte sammensætningen af ​​exoplanetens atmosfære."

Lustig-Yaeger sagde, at holdets modellering indikerer, at James Webb-teleskopet, ved hjælp af et alsidigt indbygget værktøj kaldet Near-Infrared Spectrograph, kunne detektere atmosfæren på alle syv TRAPPIST-1 planeter i 10 eller færre transitter - hvis de har skyfri atmosfærer. Og vi ved selvfølgelig ikke, om de har skyer eller ej.

Hvis TRAPPIST-1 planeterne har tykke, globalt omsluttende skyer som Venus gør, at detektere atmosfærer kan tage op til 30 transitter.

"Men det er stadig et opnåeligt mål, " sagde han. "Det betyder, at selv i tilfælde af realistiske højhøjdeskyer, James Webb-teleskopet vil stadig være i stand til at detektere tilstedeværelsen af ​​atmosfærer - hvilket før vores papir ikke var kendt."

Mange stenede exoplaneter er blevet opdaget i de senere år, men astronomer har endnu ikke opdaget deres atmosfærer. Modelleringen i denne undersøgelse, Lustig-Yaeger sagde, "demonstrerer, at til dette TRAPPIST-1 system, opdagelse af jordbaserede exoplanetatmosfærer er i horisonten med James Webb Space Telescope - måske et godt stykke inden for dets primære femårige mission."

Holdet fandt ud af, at Webb-teleskopet muligvis er i stand til at opdage tegn på, at TRAPPIST-1-planeterne mistede store mængder vand i fortiden, da stjernen var meget varmere. Dette kunne efterlade tilfælde, hvor abiotisk produceret oxygen - ikke repræsentativt for liv - fylder en exoplanetatmosfære, hvilket kunne give en slags "falsk positiv" for livet. Hvis dette er tilfældet med TRAPPIST-1 planeter, Webb-teleskopet kan muligvis også opdage dem.

Lustig-Yaegers medforfattere, både med UW, er astronomiprofessor Victoria Meadows, som også er hovedefterforsker for det UW-baserede Virtual Planetary Laboratory; og astronomi doktorand Andrew Lincowski. Arbejdet følger, delvis, om tidligere arbejde af Lincowski, der modellerer mulige klimaer for de syv TRAPPIST-1 verdener.

"Ved at lave denne undersøgelse, vi har set på:Hvad er de bedste scenarier for James Webb-rumteleskopet? Hvad vil den være i stand til? For der vil helt sikkert blive fundet flere planeter på størrelse med Jorden, før den opsendes i 2021."

Forskningen blev finansieret af et tilskud fra NASA Astrobiology Program's Virtual Planetary Laboratory team, som en del af Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) forskningskoordinationsnetværk.

Lustig-Yaeger tilføjede:"Det er svært i teorien at forestille sig et planetsystem, der er bedre egnet til James Webb end TRAPPIST-1."