Телескоп Webb достаточно мощен для обнаружения биосигнатур на экзопланетах

Лучшая надежда найти жизнь на другой планете — не поиск закодированных сигналов, а обнаружение химических признаков жизни в атмосферах экзопланет. Согласно новому исследованию, космический телескоп James Webb (JWST) способен на это, хотя ранее такая задача считалась непосильной для современных обсерваторий.

Большинство известных экзопланет открыто методом транзитов: когда планета проходит по диску своей звезды с нашей точки зрения. Это вызывает небольшое падение яркости звезды. Если у планеты есть атмосфера, часть света звезды проходит сквозь неё, и химический состав атмосферы оставляет след в виде линий поглощения в спектре этого света.

Хотя идея проста, её реализация сложна. Свет звезды нестабилен из-за вспышек, пятен и турбулентности. Количество света, прошедшего через атмосферу экзопланеты, ничтожно мало. Для детектирования спектра атмосферы требуются множественные транзиты и сверхточные спектральные наблюдения.

Ранее это удавалось сделать только для крупных газовых гигантов с толстой атмосферой (обнаруживали воду и органические соединения). Для каменистых планет земного типа наши телескопы были недостаточно чувствительны.

Новое исследование (доступно на сервере препринтов arXiv) показывает, что JWST способен обнаружить определённые химические биосигнатуры в зависимости от их содержания в атмосфере.

Команда смоделировала атмосферные условия для пяти типов землеподобных миров:

• Океаническая планета
• Вулканически активный мир
• Каменистая планета в период поздней тяжёлой бомбардировки
• Суперземля
• Мир, подобный Земле на этапе возникновения жизни

Для всех типов предполагалось давление у поверхности менее 5 земных атмосфер. Рассчитывались спектры поглощения для молекул, производимых органически (метан, аммиак, монооксид углерода). Хотя они могут иметь и небиологическое происхождение, они служат хорошей базой для проверки концепции.

Результаты показали, что JWST (в частности, его инструмент NIRSpec G395M/H) может подтвердить присутствие этих молекул в течение 10 транзитов планеты, при условии достаточно плотной атмосферы. Проще всего это сделать для суперземель, но возможно и для потенциально обитаемых миров.

Учитывая необходимое число транзитов, лучший шанс для JWST — планеты на близких орбитах у красных карликов, например, в системе Trappist-1, где есть несколько планет земного размера в зоне обитаемости.

Из-за возможного перекрытия биологического и небиологического происхождения молекул, одних наблюдений JWST может быть недостаточно для окончательного подтверждения жизни. Однако это исследование доказывает, что мы вплотную приблизились к такой возможности.