Ovaj netipični članak, objavljen na sajtu čuvenog MIT-a, ne govori o nekom postignuću ostvarenom NASA-inim Svemirskim teleskopom James Webb, već o problemima s kojima se sreću istraživači atmosfera egzoplanetâ.

Nekoliko ranijih objava o TRAPPIST-u-1:

("Cijelo selo" je aluzija na englesku izreku "potrebno je cijelo selo da bi se odgojilo dijete".)

Upute kako poboljšati istraživanje egzoplaneta Webbom

Lansiranjem NASA-inog Svemirskog teleskopa James Webb 2021. g. je započela nova uzbudljiva era istraživanja egzoplaneta, osobito za one znanstvenike koji proučavaju terestričke planete u orbitama oko drugih zvijezda. Ali u ove prve tri godine opserviranja tim teleskopom, znanstvenici su na nailazili na izazove koji su im otežavali rad!

U jednom znanstvenom radu nedavno objavljenom u listu Priroda Astronomija, jedan tim znanstvenika ("TRAPPIST-1 JWST Community Inititative") je iznio upute kako prevladati izazove s kojima se bio suočio istraživajući sustav TRAPPIST-1. Cilj predloženih postupaka je povećati djelotvornost prikupljanja podataka, kako bi od toga koristi imala cijela astronomska zajednica.

"Cijela jedna zajednica stručnjaka se okupila kako bi izašla na kraj s tim složenim, multidisciplinarnim izazovima i kako bi se osmislila višeslojna opservacijska strategija koja bi Webbu omogućila da za svoga trajanja identificira nastanjive svjetove", kaže Julien de Wit, izvanredni profesor MIT-ovog Odsjeka za proučavanje Zemlje, atmosfere i planetâ (engl. krat. EAPS), jedan od prvih autora spomenutog znanstvenog rada.

Dva po cijeni jednog

Na udaljenosti od 41 svjetlosne godine od Zemlje, sustav TRAPPIST-1 s njegovih sedam planeta pruža jedinstvenu priliku za proučavanje bogatog sustava s više planeta različitih sastava, sličnog Sunčevom sustavu. (Taj je sustav veličinom puno sličniji Jupiterovom sustavu od planeta i velikih mjeseca, negoli Sunčevom sustavu. Prim. prev.)

"Takvu smo metu istraživanja mogli samo poželjeti: u tamošnjem nastanjivnom pojasu nije samo jedan, već možda i tri planeta, pa imate mogućnost usporediti (različite planete) u istom zvjezdanom sustavu", kaže René Doyon, iz Sveučilišta Montréala, koji je zajedno s De Witom bio jedan od voditelja ovog istraživanja. "Postoji samo šačica stjenovitih planeta umjerenih temperatura koji su dobro karakterizirani, a za koje se nadamo uočiti im i atmosfere. Većina njih je unutar sustava TRAPPIST-1!"

Astronomi poput De Wita i Doyona proučavaju atmosfere egzoplaneta tehnikom zvanom transmisijska spektroskopija: svjetlo zvijezde koje prođe kroz atmosferu njenog planeta - ako ona postoji - spektralno se analizira kako bi se doznalo koji su elementi prisutni u toj atmosferi. Transmisijski spektar se može dobiti dok egzoplanet (iz naše perspektive) prolazi (tranzitira) preko matične zvijezde.

Planeti unutar sustava TRAPPIST-1 imaju kratke orbitalne periode. Zbog toga se njihovi tranziti često preklapaju. Za promatranje nekog određenog tranzita, Webbu se obično dodijele četiri sata promatračkog vremena. Ako se vrijeme opserviranja pomno isplanira, skoro polovica tih promatračkih prozora uhvati barem dva tranzita. Takav pristup "dva po cijeni jednog" štedi i vrijeme i novac, udvostručujući količinu prikupljenih podataka. (Tranziti sedam planeta u sustavu TRAPPIST-1 traju približno od 30 do 60 minuta. Prim. prev.)

Stelarna kontaminacija

Zvijezde nisu jednolične: temperature na njihovim površinima mogu varirati od mjesta do mjesta. Molekule poput one vodene pare se mogu kondenzirati na hladnijim mjestima i remetiti transmisijske spektre. Informacije o zvijezdi koje na taj način uđu u spektar, teško je razdvojiti od signala iz atmosfere egzoplaneta, što stvara tzv. stelarnu kontaminaciju. I dok je ta pojava ranije često bila ignorirana, veće Webbove mogućnosti su sada razotkrile izazove koje stelarna kontaminacija stavlja pred one koji žele proučavati atmosfere egzoplanetâ.

EAPS-ov istraživač Ben Rackham je naišao na taj problem kada je zbog kontaminacije propalo njegovo početno istraživanje malih egzoplaneta, kojega je pripremajući doktorat provodio teleskopom Magellan u Čileu. On se sada sreće s istom nevoljom i kada analizira nove, Webbove podatke.

"Kao što smo i predviđali na temelju ranijih istraživanja provedenih teleskopima na površini Zemlje, prvi spektralni potpisi koje dobivamo Webbom nemaju puno smisla ako ih shvaćamo kao signale iz atmosfera planetâ", kaže on. "Crte koje vidimo u spektrima nisu ono što biste očekivali da ćete tamo ugledati. One se usto mijenjaju od tranzita do tranzita."

Rackham i David Berardo, postdoktorand iz EAPS-a, surađivali su s De Witom kako bi iznašli načine za uklanjanje stelarne kontaminacije. Služili su se pri tom dvjema različitim metodama: poboljšavali su modele zvjezdanih spektara, a koristili su i neposredna promatranja kako bi došli do potrebnih korekcija.

"Promatrajući zvijezdu dok se ona vrti oko osi, možemo iskoristiti Webbovu osjetljivost da dobijemo jasniju predodžbu o tome kako njena površina izgleda. Na taj način možemo točnije analizirati atmosferu planeta koji tranzitira preko te zvijezde", kaže Berardo. Prikupljanje korisnih podataka o samoj zvijezdi može onda biti iskorišteno ne samo za uklanjanje stelarne kontaminacije iz podataka koji će ubuduće biti prikupljani za trajanja tranzitâ, već i iz onih koji su bili dobiveni ranije!

Onkraj TRAPPIST-a-1

Upute o tome kako dalje, proizašle su iz želje autora spomenutog znanstvenog rada da se objedini različite programe koji su dosad bili usredotočeni na pojedine planete. Zbog te razdvojenosti nije bilo moguće osmisliti optimalne promatračke prozore za tranzite.

"Zarana smo shvatili da će ovaj napor zahtijevati 'cijelo selo' kako bi se izbjeglo zamke neefikasnosti koje idu ruku pod ruku s malim opservacijskim programima", kaže De Wit. "Sada se nadamo da ćemo ovim našim uputama potaknuti opsežnu suradnju cijele zajednice, a sve sa svrhom da u kratkom roku počnemo dobivati korisne podatke." De Wit se nada da bismo u roku od najviše deset godina trebali doznati ima li oko TRAPPIST-a-1 nastanjivnih svjetova.

De Wit i Doyon smatraju da je sustav TRAPPIST-1 najbolje mjesto za provedbu temeljnih istraživanja atmosfera egzoplanetâ, koja će onda moći biti primijenjena i na druge sustave. Doyon smatra da će "sustav TRAPPIST-1 biti koristan ne samo za njega samog, već i za to da naučimo vršiti vrlo pecizne korekcije stelarne aktivnosti, što će nam biti od koristi u mnogim drugim programima koji se oslanjaju na transmisijsku spektroskopiju, također pogođenima stelarnom kontaminacijom".

"Zahvaljujući planu kojega smo osmislili, došli smo nadohvat fundamentalnih i transformativnih odgovora", kaže De Wit. "Sada samo moramo pomno provoditi taj plan!"

https://news.mit.edu/.../roadmap-details-how-improve...

Preuzeto sa FB