Lansiranje NASA-inog svemirskog teleskopa James Webb (JWST) 2021. godine označilo je početak uzbudljive nove ere u istraživanju egzoplaneta, posebno za znanstvenike koji proučavaju zemljolike planete izvan našeg Sunčevog sustava. Međutim, tri godine nakon početka misije, neki su se znanstvenici suočili s izazovima koji su usporili napredak istraživanja.
U nedavno objavljenom radu u časopisu Nature Astronomy, inicijativa TRAPPIST-1 JWST Community Initiative predstavila je korak-po-korak plan za prevladavanje izazova u proučavanju sustava TRAPPIST-1. Plan se fokusira na poboljšanje učinkovitosti prikupljanja podataka, što će imati koristi za cijelu astronomsku zajednicu.
Julien de Wit, izvanredni profesor na Odjelu za znanosti o Zemlji, atmosferi i planetima (EAPS) na MIT-u i jedan od glavnih autora rada, ističe: “Zajednica stručnjaka okupila se kako bi riješila ove složene interdisciplinarne izazove i osmislila višegodišnju strategiju promatranja koja će JWST-u omogućiti otkrivanje nastanjivih svjetova tijekom svog životnog vijeka.”
Dvostruka korist u jednom promatranju
Sustav TRAPPIST-1, smješten 41 svjetlosnu godinu od Zemlje, sa svojih sedam planeta pruža jedinstvenu priliku za proučavanje velikog sustava s više planeta različitih sastava, slično našem Sunčevom sustavu.
René Doyon s Université de Montréal, koji je zajedno s de Witom vodio studiju, naglašava: “To je ciljno područje iz snova: Imate ne jedan, nego možda tri planeta u nastanjivoj zoni, što omogućava usporedbu unutar istog sustava. Postoji samo nekoliko dobro karakteriziranih umjerenih stjenovitih planeta za koje možemo nadati detekciji njihove atmosfere, a većina ih se nalazi unutar sustava TRAPPIST-1.”
Astronomi poput de Wita i Doyona proučavaju atmosfere egzoplaneta koristeći tehniku zvanu transmisijska spektroskopija, pri čemu promatraju kako zvjezdana svjetlost prolazi kroz potencijalnu atmosferu planeta kako bi otkrili prisutne elemente. Transmisijski spektri prikupljaju se kada planet prolazi ispred svoje matične zvijezde.
Planeti unutar sustava TRAPPIST imaju kratke orbitalne periode, što znači da se njihovi tranziti često preklapaju. Vrijeme promatranja tranzita obično je raspoređeno u petosatnim intervalima, a kada su pravilno raspoređeni, gotovo polovica tih promatranja može uhvatiti najmanje dva tranzita. Ovaj “dvostruki učinak” štedi i vrijeme i novac, dok istovremeno udvostručuje količinu prikupljenih podataka.
Zvjezdana kontaminacija
Zvijezde nisu ujednačene; njihove površine mogu varirati u temperaturi, stvarajući područja koja su toplija ili hladnija. Molekule, poput vodene pare, mogu se kondenzirati u hladnijim dijelovima i ometati transmisijske spektre. Ove zvjezdane varijacije mogu biti teške za razlikovanje od signala planeta i mogu dati lažne podatke o sastavu atmosfere planeta, stvarajući fenomen poznat kao “zvjezdana kontaminacija”. Iako se ovo često zanemarivalo, poboljšane mogućnosti JWST-a otkrile su izazove koje zvjezdana kontaminacija predstavlja u proučavanju planetarnih atmosfera.
Znanstvenik EAPS-a, Ben Rackham, susreo se s ovim izazovima kada su omeli njegovo doktorsko istraživanje o malim egzoplanetima koristeći teleskope Magellan u Čileu. Sada isti problem primjećuje u novim podacima James Webba. Rackham i David Berardo, postdoktorand u EAPS-u, rade s de Witom na rješavanju problema zvjezdane kontaminacije koristeći dva pristupa: poboljšanjem modela zvjezdanih spektra i korištenjem izravnih promatranja za dobivanje korekcija.
“Promatranjem zvijezde tijekom njezine rotacije, možemo koristiti osjetljivost JWST-a za dobivanje jasnije slike njezine površine, što omogućuje preciznije mjerenje atmosfere planeta u tranzitu,” kaže Berardo. Ovo, u kombinaciji s proučavanjem uzastopnih tranzita kako je predloženo u planu, prikuplja korisne podatke o zvijezdi koji se mogu koristiti za filtriranje zvjezdane kontaminacije u budućim i prošlim studijama.
Izvan TRAPPIST-1 sustava
Trenutni plan proizlazi iz napora TRAPPIST JWST Community Initiative da ujedini različite programe usmjerene na pojedine planete, čime se izbjegavaju nedostatci neefikasnih malih promatračkih programa.
“Brzo smo shvatili da će za uspjeh biti potrebna šira zajednica kako bismo izbjegli neefikasnost malih promatračkih programa,” kaže de Wit. “Naša je nada da se može pokrenuti opsežna zajednička inicijativa vođena ovim planom kako bismo postigli ciljeve u razumnom vremenskom okviru.”
De Wit se nada da bi to moglo dovesti do identificiranja nastanjivih, ili nenastanjivih, svjetova oko TRAPPIST-1 u roku od deset godina.
I de Wit i Doyon vjeruju da je sustav TRAPPIST-1 najbolje mjesto za provođenje temeljnih istraživanja o atmosferama egzoplaneta, koja će poslužiti kao model za istraživanja u drugim sustavima. Doyon smatra da će “sustav TRAPPIST-1 biti koristan ne samo za istraživanje tog sustava, već i za učenje kako provesti vrlo precizne korekcije zvjezdane aktivnosti, što će biti korisno za mnoge druge programe transmisijske spektroskopije koji su također pod utjecajem zvjezdane aktivnosti.”
“Imamo na dohvat ruke ključne i transformirajuće odgovore s jasnim planom kako ih postići,” kaže de Wit. “Samo trebamo dosljedno slijediti plan.”
