спектроскопия атмосфер экзопланет

Двенадцать звёзд получили рентгеновский паспорт. Теперь для каждой из них известна точная доза излучения, которую получает планета в обитаемой зоне — области, где возможна жидкая вода. Паспорт собирали по кусочкам: архивные наблюдения космических телескопов XMM-Newton, Chandra и Hubble сшивали с моделями звёздных атмосфер.

Две звезды — AF Lep A и ε Indi A — стали объектом пристального внимания астрономов. С помощью спектрографа GHOST на телескопе Gemini учёные разложили их свет на цвета и по линиям поглощения определили, сколько в атмосферах звёзд углерода, кислорода, серы и ещё тринадцати элементов.

Когда две чёрные дыры сливаются, по ткани пространства-времени разбегаются круги — гравитационные волны. Но что, если на месте одной из них не привычная чёрная дыра, а нечто иное — экзотический компактный объект? Теория допускает, что у него нет горизонта событий, а есть отражающая поверхность.

Вода бывает разной. Не только пресной или солёной, но и «тяжёлой» — если в её молекуле вместо обычного водорода сидит дейтерий, его более массивный собрат. Такую воду называют HDO, и она — настоящий космический паспорт: по тому, сколько дейтерия в воде, можно понять, где и когда эта вода родилась.

Свет далёкой звезды несёт в себе беззвучный гул атмосфер обращающихся вокруг неё планет. Уловить его долгое время было всё равно что разобрать шёпот в ревущем водопаде. Но с появлением 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа (ELT) и спектрографа ANDES с разрешением 100 000 эта задача перестаёт быть безнадёжной.

Представьте художника, чей холст — целая планета, а палитра — молекулы, пьющие звёздный свет. Его кисть — миллиарды лет эволюции, а картина — спектральный портрет, заметный даже из другой звёздной системы. Этот художник — фотосинтез, и именно его работы астробиологи надеются отыскать на далёких экзопланетах.

В оркестре межзвёздного поиска жизни каждая нота на счету. А партитуру здесь диктует не человек — далёкая звезда. Для планеты TRAPPIST-1 e, одной из семи в системе ультрахолодного красного карлика, роль дирижёрской палочки играет жёсткий ультрафиолет. И эта палочка способна сыграть злую шутку: подсунуть астрономам мелодию жизни там, где царит космическая тишина.

Когда планета заходит за край своей звезды, светило подсвечивает её атмосферу — точь-в-точь как закатное солнце высвечивает облака над горизонтом. Этот краткий миг, длящийся считаные минуты, несёт в себе отпечаток газов, через которые прошёл звёздный свет.

Рукав звёздной реки огибает центр далёкой галактики, словно светящаяся лента на невидимой оправе. Эта оправа — тёмное гало: огромное облако невидимой тёмной материи, которое своим притяжением удерживает звёзды и газ. Если гало сплюснуто, как тыква, или вытянуто, как дыня, звёздный поток будет изгибаться по-разному.

Планета WASP-121 b всегда повёрнута к своей звезде одним боком, как камень в костре. Дневная сторона раскалена до того, что привычный водород — тот самый, из которого состоит большая часть Вселенной — не выдерживает: его молекулы разрываются на отдельные атомы, а температура скачет вверх ногами: чем выше, тем горячее.

Гигантская планета висит в космосе в полном одиночестве, удалившись от своей звезды на расстояние, в 160 раз превышающее путь от Солнца до Плутона. Свет родительской звезды доходит до неё таким слабым, что температура на поверхности едва превышает 200 градусов Цельсия — примерно как в хорошо протопленной сауне.

Солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца — врезается в разреженный газ, заполняющий пространство между звёздами. При столкновении рождается слабое рентгеновское свечение. Для астрономов это как туман перед фарами: он мешает разглядеть далёкие объекты.

Запах свежего хлеба безошибочно указывает на близость пекарни. Но чтобы понять, происходит ли выпечка в данный момент, важнее уловить не сам аромат, а его усиление — непрерывный поток горячего воздуха из духовки. Эта бытовая аналогия помогает осмыслить революцию в поиске внеземной жизни на экзопланетах — планетах за пределами Солнечной системы.

Мир, который годами отказывался показывать своё лицо. Планета GJ 1214 b — как раз такой случай. Она больше Земли, но меньше Нептуна, и её плотная оболочка делала атмосферу невидимой для телескопов: свет звезды проходил сквозь неё, не оставляя чётких следов. Но упрямство астрономов и новый чувствительный прибор дали первую зацепку.

Когда экзопланета — планета вне Солнечной системы — на краткий миг заслоняет диск своей звезды, звёздный свет пронизывает её атмосферу и впитывает её химический «вкус». Этот приём — транзитный метод: регистрация мельчайших провалов в блеске звезды при прохождении планеты по её диску — лежит в основе работы космической обсерватории Джеймс Уэбб.

Когда планета проходит перед диском своей звезды, звёздный свет пронизывает её атмосферу и частично поглощается — каждый газ оставляет в спектре характерный цветовой отпечаток, словно горьковатый или сладкий штрих в сложном блюде. Учёные пытаются расшифровать этот рецепт: какие химические вещества и в каких пропорциях смешаны в воздухе чужого мира.

Тихая мелодия флейты тонет в грохоте барабанов. Так и астрономы пытаются уловить слабый свет, прошедший сквозь атмосферу далёкой планеты, когда рядом сияет её звезда. Группа учёных наблюдала планету WASP-31 b — горячий юпитер, газовый гигант, который кружится очень близко к своей звезде.

Ещё в XVIII веке Уильям Гершель, знаменитый астроном и открыватель Урана, искал признаки жизни на Марсе. Сегодня астрономы целятся не столько в планеты, сколько в артефакты — гипотетические зонды пришельцев, которые могут скрываться в Солнечной системе.

Климат Земли напоминает хор, в котором каждый участник поёт свою партию на своей высоте. Одни голоса тянут низкие ноты, как многолетние колебания температуры океана, другие выводят быстрые трели, как короткие атмосферные волны. Дирижёру нужно расслышать каждого, но голоса перекрываются, и ноты сливаются в кашу.