Мы снова одни: главный кандидат на обитаемость выбыл из гонки

Одна из самых многообещающих "вторых Земель" снова ускользает от астрономов. Новые наблюдения TRAPPIST-1e сначала казались намеком на атмосферу, способную удерживать жидкую воду, а значит и потенциальную жизнь, но теперь все больше данных говорит о том, что ученые могли принять за сигнал планеты обычный шум звезды.

TRAPPIST-1e - это одна из семи экзопланет земного размера, которые плотно вращаются вокруг холодного красного карлика TRAPPIST-1 на расстоянии примерно 40 световых лет от нас. Свой оборот она делает в так называемой обитаемой зоне, где температура теоретически позволяет воде быть жидкой. Но это возможно только при условии, что у планеты есть достаточно плотная атмосфера. Первые наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) дали надежду: в спектре просматривались слабые следы метана - газа, который на Земле связан с живыми организмами и сложной химией, а в атмосфере спутника Сатурна Титана играет ключевую роль.

Сейчас исследователи все осторожнее относятся к этим ранним выводам. "Согласно нашим последним результатам, ранее сообщенный предварительный намек на атмосферу с большей вероятностью является шумом от звезды-хозяина, а не сигналом от планеты, - говорит Сукрит Ранджан, доцент Лунно-планетной лаборатории Университета Аризоны. - Однако это не значит, что у TRAPPIST-1e точно нет атмосферы, нам просто нужно больше данных".

В новой работе ученые с помощью детального компьютерного моделирования проверили, может ли TRAPPIST-1e вообще удерживать богатую метаном атмосферу, похожую на титановскую. Расчеты показали, что на планете у маленького, но активного красного карлика метан будет разрушаться гораздо быстрее, чем на Титане, и слишком быстро для того, чтобы какие-либо реалистичные геологические процессы успевали его восполнять.

Эти выводы дополняют два исследования, вышедшие в сентябре и основанные на данных JWST за 2023 год. Тогда инструмент NIRSpec проследил четыре транзита TRAPPIST-1e, когда планета проходила по диску своей звезды, и зафиксировал тонкие изменения в спектре света. Они на первый взгляд соответствовали атмосфере, где доминируют азот и метан и почти нет углекислого газа, что позволяло исключить варианты, похожие на Венеру или Марс.

Однако от транзита к транзиту сигнал заметно "плавал", и это сразу намекало на вмешательство самой звезды. TRAPPIST-1 меньше, холоднее и гораздо тусклее Солнца, ее атмосфера достаточно прохладна, чтобы в ней могли образовываться молекулы вроде метана. Отсюда ключевой вопрос, который формулирует Ранджан: "Мы действительно видим намеки на метан, но связаны ли они с атмосферой планеты или с атмосферой звезды?"

В своей работе команда оценила, как долго метан вообще способен выживать в условиях TRAPPIST-1e. Для Титана срок жизни метана оценивается в 10-100 миллионов лет. Для TRAPPIST-1e расчеты дают примерно 200 тысяч лет. Планета получает намного больше жесткого ультрафиолетового излучения, и молекулы метана там должны распадаться в тысячи раз быстрее.

Из этого следует неприятный вывод: вероятность застать планету в короткой "метановой фазе" чрезвычайно мала, если только метан не пополняется с огромной, практически непрерывной скоростью. Чтобы поддерживать уровни, сравнимые с Титаном, TRAPPIST-1e должна была бы производить метан гораздо активнее, чем спутник Сатурна. Это означало бы непрерывный глобальный вулканизм, катастрофические выбросы из ледяных недр или постоянное обновление поверхности. Даже при самых щедрых предположениях такие сценарии не могут объяснить необходимое количество газа.

В результате авторы приходят к тому, что осторожные "подсказки" метана в данных JWST гораздо логичнее объяснить особенностями самой звезды и ограничениями измерений, чем экзотической геологией планеты. Чтобы разобраться окончательно, нужны более строгий анализ и новые наблюдения. И прежде чем обсуждать жизнь, ученым вообще нужно ответить на базовый вопрос: существует ли у TRAPPIST-1e хоть какая-то атмосфера.

"Базовый тезис для TRAPPIST-1e такой: если у нее есть атмосфера, она потенциально обитаема, - говорит Ранджан. - Но сейчас вопрос первого порядка звучит иначе: существует ли атмосфера вообще?"

Несмотря на все эти сомнения, TRAPPIST-1e по-прежнему остается одним из самых интересных кандидатов на обитаемый мир за пределами Солнечной системы. Просто телескоп Джеймса Уэбба работает здесь на пределе своих возможностей: его проектировали еще до открытия первых экзопланет, и атмосферы планет земного размера для него крайне сложная цель.

Прояснить путаный сигнал помогут будущие инструменты. В 2026 году NASA планирует запуск миссии Pandora, которая будет одновременно наблюдать звезды и их планеты, что позволит лучше отделять вклад звезды от особенностей атмосфер экзопланет.

Команда Ранджана готовит и редкую серию "двойных" наблюдений, когда TRAPPIST-1e и ближайшая к звезде планета TRAPPIST-1b будут проходить по диску светила почти одновременно. Из предыдущих данных известно, что TRAPPIST-1b не имеет атмосферы. Сравнивая ее "чистый" сигнал с сигналом от TRAPPIST-1e, ученые надеются понять, какие особенности принадлежат самой звезде, а какие, возможно, связаны с атмосферой планеты.

"Такие наблюдения позволят нам отделить то, что делает звезда, от того, что происходит в атмосфере планеты, если эта атмосфера действительно существует", заключает Ранджан.

Статья с результатами работы была опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.