Звездочками учёные могли десятилетиями не замечать ошибок в данных об экзопланетах, передаваемых космическими телескопами, как выяснили авторы нового исследования. Представления о других мирах могут оказаться неправильными без учета «капризов» светил.
С 1990-х годов астрономы открыли Почти шесть тысяч экзопланет найдено. транзитным методомПереход тела перед звездой вызывает временное изменение её яркости, указывающее на наличие экзопланеты. Изучая спектр световых изменений, учёные выявляют размер объекта, его температуру и состав атмосферы.
Но звёзды — не устойчивые сферы. Поверхность их покрывает зонами, которые холодны и темны — пятнами, напоминающими … солнечныхТакже присутствуют горячие яркие области, меняющиеся под воздействием магнитных полей. Эти узоры искажают свет, проходящий через атмосферу экзопланет, то есть могут вызывать помехи в данных. Возможно, астрономы десятилетиями не замечали ошибок в потоках информации, присланных космическими телескопами.
Команда астрономов из разных стран, возглавляемая Арианной Саба,… Arianna SabaУченые из Университетского колледжа Лондона проанализировали архивные данные двадцати экзопланет, собранных орбитальной обсерваторией. «Хаббл»Вновь изучили спектры атмосф́ер этих планет в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном лучах с помощью двух главных инструментов космического телескопа. Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS, спектрограф для видимого и УФ-света) и Wide Field Camera 3 Полученные с помощью WFC3 данные ближнего инфракрасного диапазона показали, что у половины изучаемых экзопланет сведения о температуре и составе атмосферы оказались загрязнены активностью звёзд-родителей.
На поверхности звезды есть участки с усиленной светимостью из-за магнитных полей. Таких участков называют «факелами», они ярче остальной поверхности звезды. Если планета проходит перед факелом, то кажется, что звезда резко тускнеет, потому что скрывается яркий участок. В этот момент ученые могут подумать, что экзопланета большая или имеет плотную атмосферу, которая тоже блокирует свет.
Темные холодные пятна — зоны с низкой температурой плазмы — уменьшают яркость звезды. Место покрытое пятном кажется тусклым, а при прохождении над ним космического тела общее падение яркости может быть незаметным. В результате ученые недооценивают размер экзопланеты, так как светимость практически не изменяется. Иногда астрономы вообще не замечают объект — сигнал слишком слабый и принимается за помехи.
Если яркость звезды искажена «факелами», расчеты покажут увеличение поглощения тепла атмосферой космического объекта по сравнению с фактическим значением. Проанализировав 20 экзопланет, команда Саба выяснила, что в минимум шести случаях ошибка температуры атмосфер экзопланет составила 145 процентов, а концентрации молекул — в миллион раз.
Из-за «факела» научные приборы телескопа могут показывать температуру атмосферы экзопланеты выше реальной в 145 процентов. Например, если истинная температура плюс 100 градусов Цельсия, то приборы могут показать плюс 245 градусов. С другой стороны, если участок светила тусклее из-за пятен, температура кажется намного ниже фактической.
Ученые следят за тем, как свет звезды просвечивает через атмосферу экзопланеты при её движении между светилом и наблюдателем (космическим телескопом). Это подобно тому, как солнце светит сквозь стакан с водой: если в воде есть примеси, свет меняет цвет или яркость.
Если в атмосфере объекта присутствует вода или углекислый газ, то свет на некоторых длинах волн поглощается, формируя «след» в спектре.
Искажения данных могут привести к тому, что учёные посчитают в атмосфере экзопланеты в миллион раз больше воды или углекислого газа, чем на самом деле. На самом деле это просто «шум» от активной звезды. Если в атмосфере есть 10 молекул воды на кубический метр, приборы из-за искажений могут зафиксировать либо 10 миллионов молекул (в миллион раз больше), либо 0,00001 молекулы (в миллион раз меньше).
Ошибки в отчетах учёных могут превратить планету-океан в безжизненную пустыню или наоборот. Если приборы показывают повышенное содержание кислорода, то можно ошибочно считать планету обитаемой. Если же температура занижена — пропустить потенциально пригодный для жизни мир.
Для оценки объёма проблемы Саба с соратниками использовала. байесовский статистический метод Несколько статистических моделей способствовали отделению сигналов планет от звёздного шума.
Исследователи обнаружили критические искажения у шести из двадцати изученных «Хабблом» экзопланет и умеренные искажения у ещё шести. Например, планета, считавшаяся «горячим гигантом», может быть меньше и холоднее. Это вызывает сомнения в десятках ранее опубликованных научных работ, особенно тех, где не хватало данных, полученных с помощью наблюдений в оптическом или УФ-диапазонах.
Исследователи полагают, что для предотвращения будущих ошибок нужно объединять разные методы наблюдения. Прежде всего, необходимо использовать мультиспектральный подход: изучать экзопланеты одновременно в различных диапазонах света. К примеру, сопоставлять данные орбитальных телескопов «Хаббл» (УФ, видимый свет) и «Джеймс Уэбб» Снова нужно наблюдать за планетами. Если спектры одной планеты, полученные в разные моменты времени, не совпадают, возможно, это влияние звезды. Кроме того, следует применять новые алгоритмы, способные автоматически учитывать активность звезд.
В скором времени новую картину смогут нарисовать новые космические телескопы, включая атмосферный инфракрасный исследователь экзопланет дистанционного зондирования. ARIEL Инструмент ESA, запуск которого запланирован на 2029 год, будет первым аппаратом, изучающим атмосферы 1000 экзопланет в инфракрасном спектре. Однако Саба считает, что даже выводы этой орбитальной обсерватории могут быть неточными без данных оптического диапазона.
На помощь может прийти спектрометр Twinkle В 2025 году будет запущен прибор для видимой и инфракрасной спектроскопии на небольшом спутнике. Его назначение — изучать экзопланеты, звезды, протопланетные диски и объекты Солнечной системы. Инструмент призван быстро проверять подозрительные объекты и отсеивать «ложные планеты».
Он способен фильтровать звездный «шум», что позволит очистить данные от помех.
Новое исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Supplement Series.