Международная группа астрономов под руководством учёных Гарвардского университета впервые обнаружила атмосферу у каменистой экзопланеты земного типа, расположенной в зоне обитаемости своей звезды. Открытие стало первым подобным случаем в истории и, по словам исследователей, представляет собой важнейший этап в поиске жизни за пределами Солнечной системы.
Речь идёт об экзопланете LHS 1140 b, которая находится примерно в 48 световых годах от Земли. Планета обращается вокруг красного карлика на таком расстоянии, которое позволяет существовать жидкой воде на её поверхности — одному из главных условий возникновения жизни в привычном для нас виде.
Учёные называют открытие самым убедительным на сегодняшний день доказательством того, что за пределами Солнечной системы могут существовать миры, похожие на Землю не только по размерам и составу, но и способные сохранять атмосферу на протяжении миллиардов лет.
Несмотря на то, что с 1995 года астрономы подтвердили существование тысяч экзопланет, включая множество каменистых миров в зонах обитаемости своих звёзд, до сих пор никто не мог достоверно подтвердить наличие атмосферы у планеты такого типа. А именно атмосфера считается одним из важнейших факторов, необходимых для появления и поддержания жизни.
«Атмосфера необходима планете для поддержания жизни в том виде, в котором мы её знаем», — отметил ведущий автор исследования Коллин Черубим, недавно защитивший докторскую диссертацию по наукам о Земле и планетах в Гарвардском университете.
По словам профессора наук о Земле и окружающей среде Робина Уордсворта, ещё около двадцати лет назад учёные даже не знали, существуют ли вообще каменистые планеты, похожие на Землю. Позднее выяснилось, что такие объекты широко распространены, в том числе находятся в зонах обитаемости своих звёзд.
«Следующим вопросом было, удалось ли хотя бы некоторым из них сохранить атмосферу», — пояснил учёный.
Перед проведением наблюдений исследователи создали компьютерные модели, которые предсказали существование у LHS 1140 b верхних слоёв атмосферы, богатых гелием. Согласно расчётам, этот гелий должен постепенно покидать планету, улетая в космическое пространство.
Для проверки своей гипотезы астрономы использовали спектрограф Warm Infrared Echelle (WINERED), установленный в обсерватории Магеллана в Чили. Уникальное расположение планет позволило провести наблюдения сразу во время прохождения LHS 1140 b и ещё одной экзопланеты по диску своей звезды в течение одной ночи.
Анализ данных показал, что одна из наблюдавшихся планет не имеет заметной атмосферы. Однако у LHS 1140 b учёные обнаружили именно тот признак, который предсказывали модели, — активную утечку гелия в космос.
Это стало первым прямым подтверждением того, что каменистая экзопланета, находящаяся в зоне обитаемости своей звезды, действительно обладает атмосферой и продолжает её сохранять.
Руководитель кафедры астрономии Гарвардского университета Дэвид Шарбонно признался, что первоначально относился к идее скептически, поскольку вся работа основывалась на математической модели явления, которое прежде никто не наблюдал напрямую.
«Коллин проанализировал известные нам планеты и предсказал, что именно у этой будет гелиевая атмосфера. Затем он получил время для наблюдений на телескопе, собрал данные, и статистическая достоверность открытия оказалась чрезвычайно высокой», — рассказал Шарбонно.
По словам исследователей, это первый случай обнаружения атмосферы у каменистой планеты в зоне обитаемости другой звезды. До настоящего момента существование подобных миров с атмосферами оставалось лишь теоретическим предположением.
Полученные данные также свидетельствуют о том, что атмосфера LHS 1140 b, вероятно, существует уже более трёх миллиардов лет. Это примерно три четверти возраста Земли и указывает на высокую устойчивость атмосферы планеты.
Именно поэтому LHS 1140 b теперь считается одним из наиболее перспективных объектов для дальнейшего изучения. Учёные рассчитывают подробнее исследовать химический состав её атмосферы, а также выяснить, существуют ли на поверхности океаны или другие особенности, которые могут свидетельствовать о потенциальной обитаемости.
Авторы работы также считают, что поиск газов, покидающих атмосферы экзопланет, с помощью наземных телескопов может стать новым эффективным инструментом изучения каменистых миров. Такие методы способны значительно ускорить поиск планет, на которых потенциально возможна жизнь.
Кроме того, разработанная исследователями модель поможет находить другие похожие экзопланеты земного типа, расположенные в зонах обитаемости своих звёзд. По мнению команды, нынешнее открытие является лишь первым шагом на пути к серии новых наблюдений, которые позволят лучше понять, насколько распространены потенциально пригодные для жизни миры в нашей галактике.
Исследование опубликовано в журнале Science.