«Ці результати були несподіванкою — ми виявили більше забруднення від зір в наших даних, ніж ми очікували».

Нове дослідження показало: мінливі зорі, що яскравішають і тьмяніють протягом лише кількох годин, можуть спотворювати погляди астрономів на тисячі планет за межами Сонячної системи.

Група науковців, яка виконала дослідження, дійшла до цього висновку, вивчивши на підставі спостережних даних від Космічного телескопа імені Габбла 20 екзопланет, коли вони проходили по диску своїх материнських зір. Виявилося, що зміни зоряного світла, спричинені гарячішими та холоднішими ділянками на поверхні зір, сильніше спотворювали тлумачення складу атмосфер екзопланет, ніж досі вважали астрономи.

Дослідники виявили, на свій подив, що дані, які стосуються приблизно половини з 20 оглянутих планет, від нептуноподібних світів до роздутих гарячих юпітерів, зазнали впливу через мінливість їхніх зір. Це спричиняє занепокоєння, бо якщо не брати до уваги ці коливання яскравості зір, науковці можуть помилитися в ряді речей про екзопланети, зокрема їхні розміри, температуру та склад атмосфер.

«Ці результати були несподіванкою — ми виявили більше забруднення від зір в наших даних, ніж ми очікували. Нам важливо це знати», — сказала керівник групи та дослідник Університетського коледжу Лондона (University College of London, UCL) Аріанна Саба (Arianna Saba) у повідомленні, надісланому до Space.com. «Уточнюючи наше розуміння того, як мінливість зір може вплинути на наші інтерпретації екзопланет, ми можемо покращити наші моделі та ефективніше використовувати набагато більші набори даних, отримані від місій, зокрема James Webb Space Telescope (JWST), ARIEL (Atmospheric Remote‐sensing Infrared Exoplanet Large‐survey) і Twinkle».

Від деяких зір «дме» гаряче і холодне світло

Транзити є життєво важливим елементом науки про екзопланети. Коли планети, якщо спостерігати їх із Землі, проходять перед своїми материнськими зорями, вони спричиняють незначне зниження кількості зоряного світла, яке астрономи реєструють від цих зір. Такі «провали» дають змогу виявляти планети, що обертаються навколо зір. А відтинок часу між провалами світла може вказати вченим на те, скільки часу потрібно нововідкритому світу, щоб зробити оберт навколо своєї зорі.

Крім того, аналіз зоряного світла, що проходить крізь атмосферу планети, може розповісти дослідникам про склад цієї атмосфери. Це є можливим, бо елементи поглинають світло на різних характерних довжинах хвиль. Таким чином, коли світло зорі проходить крізь атмосферу планети, елементи в ній залишають свої «відбитки пальців» у цьому світлі.

Науковці зчитують ці хімічні відбитки за допомогою методу, який називається «спектроскопія». Але якщо вчені неправильно тлумачать особливості світла зір, то дані про атмосфери планет і навіть деякі екзопланети, виявлені за допомогою методу транзитів, можуть бути під загрозою.

Ілюстрація екзопланети та її атмосфери, коли вона проходить перед «обличчям» своєї материнської зорі. Автор зображення Роберт Лі (створено за допомогою Canva). Фото з сайту https://www.space.com.

«Ми дізнаємося про екзопланети зі світла їхніх зір, й іноді важко розрізнити, що є сигналом від зорі, а що надходить від планети», — сказала член наукової групи та дослідник UCL Александра Томпсон (Alexandra Thompson). «Деякі зорі можна описати як «нерівні» — вони мають на своїй поверхні як холодніші ділянки (вони темніші), так і гарячіші, які є яскравішими. Це пов’язано з більшою магнітною активністю».

Дослідниця пояснила, що ці яскравіші ділянки, або поля з «факелами», випромінюють більше світла, тобто якщо планета проходить перед найгарячішою частиною зорі, то науковці можуть переоцінити розмір планети. Здається, що планета блокує більше світла зорі. Також вчені можуть зробити висновок, що планета гарячіша, ніж вона є насправді, або що вона має щільнішу атмосферу, ніж насправді.

Томпсон додала, що зворотне також є правильним: якщо планета проходить перед холодною плямою зорі, це може призвести до того, що цей світ буде здаватися меншим, ніж він є насправді.

«Зменшення випромінюваного світла від зоряної плями може навіть імітувати ефект планети, що проходить перед зорею. Це підштовхує вас думки, що може бути планета, хоча її немає», — сказала Томпсон. «Ось чому подальші спостереження такі важливі для підтвердження виявлення екзопланет. Ці відхилення, спричинені зорею, також можуть спотворити оцінки кількості водяної пари, наприклад, в атмосфері планети. Це тому, що варіації можуть імітувати або затемнювати сигнатуру водяної пари в структурі світла з різними довжинами хвиль, яке досягає наших телескопів».

Допомога від «Габбла»

Щоб дослідити цей потенційний ефект, Саба і Томпсон та їхні колеги використали спостережні дані, які за 20 років отримав Космічний телескоп імені Габбла за допомогою інструментів Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) і Wide Field Camera 3 (WFC3).

Наукова група виконала аналіз даних довжин хвиль у видимому, ближньому інфрачервоному та ближньому ультрафіолетовому діапазонах від 20 екзопланетних систем так, щоб мінімізувати упередженість, яка може бути властива іншим дослідженням.

Розглянувши моделі, які враховують мінливість зір, і моделі, які її не враховують, дослідники взяли до уваги комбінації моделей світла зір і атмосфери, що найкраще відповідають спостережним даним. Це показало: 6 з 20 екзопланет були краще охарактеризовані за допомогою моделей, які враховують варіації світла їхніх материнських зір. Науковці також виявили, що дані, які стосуються 6 інших планет, могли бути дещо спотворені світлом від їхніх зір.

У всьому електромагнітному спектрі, який розглянула наукова група, спотворення, викликані мінливістю зір, були набагато очевиднішими у видимому світлі та в ближньому УФ-випромінюванні, ніж в інфрачервоному.

У висновках дослідники вказують на два способи, якими мінливість зоряного світла може вплинути на спостереження екзопланет. «По-перше, потрібно поглянути на загальну форму спектра, тобто на картину світла з різними довжинами хвиль, яке пройшло від зорі крізь атмосферу планету, щоб побачити, чи можна це пояснити наявністю тільки планети чи потрібно взяти до уваги активність зорі», — підсумувала Саба. «Інший — мати два спостереження планети в оптичній ділянці спектра, зроблені в різний час. «Якщо ці спостереження дуже різняться, ймовірним поясненням є змінна зоряна активність».

Результати наукової групи мають бути опубліковані в The Astrophysical Journal Supplement Series і доступні як препринт на сайті arXiv.

За інф. з сайту www.space. com