När världens kraftfullaste teleskop skjuts upp i rymden i år, forskare kommer att lära sig om planeter i jordstorlek i vårt "solkvarter" har en nyckelförutsättning för liv - en atmosfär.

Dessa planeter kretsar kring en M-dvärg, den minsta och vanligaste typen av stjärna i galaxen. Forskare vet för närvarande inte hur vanligt det är att jordliknande planeter runt denna typ av stjärna har egenskaper som skulle göra dem beboeliga.

"Som en startplats, det är viktigt att veta om små, stenplaneter som kretsar kring M-dvärgar har atmosfärer, sa Daria Pidhorodetska, doktorand vid UC Riversides institution för jord- och planetvetenskap. "Om så är fallet, det öppnar upp vårt sökande efter liv utanför vårt solsystem."

För att hjälpa till att fylla denna lucka i förståelse, Pidhorodetska och hennes team studerade om det snart lanserade rymdteleskopet James Webb, eller Hubble-rymdteleskopet i omloppsbana, är kapabla att upptäcka atmosfärer på dessa planeter. De modellerade också de typer av atmosfärer som sannolikt finns, om de finns, och hur de kunde skiljas från varandra. Studien har nu publicerats i Astronomisk tidskrift .

Medförfattare till studien inkluderar astrobiologerna Edward Schwieterman och Stephen Kane från UCR, såväl som forskare från Johns Hopkins University, NASA:s Goddard Space Flight Center, Cornell University och University of Chicago.

Stjärnan i centrum av studien är en M-dvärg som heter L 98-59, som bara mäter 8% av vår sols massa. Även om den är liten, det är bara 35 ljusår från jorden. Dess ljusstyrka och relativa närhet gör den till ett idealiskt mål för observation.

Kort efter att de bildats, M-dvärgar går igenom en fas där de kan lysa två storleksordningar starkare än normalt. Stark ultraviolett strålning under denna fas har potential att torka ut deras kretsande planeter, avdunstar allt vatten från ytan och förstör många gaser i atmosfären.

"Vi ville veta om ablationen var fullständig i fallet med de två steniga planeterna, eller om dessa jordiska världar kunde fylla på sina atmosfärer, " sa Pidhorodetska.

Forskarna modellerade fyra olika atmosfäriska scenarier:ett där L 98-59-världarna domineras av vatten, en där atmosfären huvudsakligen består av väte, en Venus-liknande koldioxidatmosfär, och en där vätet i atmosfären flydde ut i rymden, lämnar bara syre och ozon efter sig.

De fann att de två teleskopen kunde erbjuda kompletterande information med hjälp av transitobservationer, som mäter ett dopp i ljus som uppstår när en planet passerar framför sin stjärna. L 98-59-planeterna är mycket närmare sin stjärna än jorden är solen. De slutför sina banor på mindre än en vecka, gör transitobservationer med teleskop snabbare och mer kostnadseffektiva än att observera andra system där planeterna är längre bort från sina stjärnor.

"Det skulle bara ta några få transiter med Hubble för att upptäcka eller utesluta en väte- eller ångdominerad atmosfär utan moln, ", sa Schwieterman. "Med så få som 20 transiter, Webb skulle tillåta oss att karakterisera gaser i tung koldioxid eller syredominerade atmosfärer."

Av de fyra atmosfäriska scenarier som forskarna övervägde, Pidhorodetska sa att den uttorkade syredominerade atmosfären är den mest troliga.

"Mängden strålning som dessa planeter får på det avståndet från stjärnan är intensiv, " Hon sa.

Även om de kanske inte har atmosfärer som lämpar sig för livet idag, dessa planeter kan ge en viktig inblick i vad som kan hända med jorden under olika förhållanden, och vad som kan vara möjligt på jordliknande världar på andra ställen i galaxen.

L 98-59-systemet upptäcktes först 2019, och Pidhorodetska sa att hon är glad över att få mer information om det när Webb lanseras senare i år.

"Vi är på väg att avslöja hemligheterna bakom ett stjärnsystem som var dolt tills helt nyligen, " sa Pidhorodetska.