W lutym 2017 r. Naukowcy z NASA ogłosili istnienie siedmiu planet naziemnych (tj. Skalistych) w układzie gwiezdnym TRAPPIST-1. Od tego czasu system był centralnym punktem intensywnych badań w celu ustalenia, czy któraś z tych planet może nadawać się do zamieszkania. Jednocześnie astronomowie zastanawiają się, czy wszystkie planety systemu są rzeczywiście uwzględnione.
Na przykład, czy ten system może mieć gigantów gazowych czających się w jego zewnętrznych obszarach, tak jak wiele innych systemów z planetami skalistymi (na przykład naszym)? To było pytanie, na które zespół naukowców, kierowany przez naukowców z Carnegie Institute of Science, starał się odpowiedzieć w ostatnich badaniach. Zgodnie z ich odkryciami, TRAPPIST-1 może krążyć wokół gazowych gigantów w znacznie większej odległości niż siedem skalistych planet.
Badanie zatytułowane „Ograniczenia astrometryczne w masach długich okresów gigantycznych planet gazowych w układzie planetarnym TRAPPIST-1” niedawno pojawiło się w The Astronomical Journal. Jak wskazują w badaniu, zespół polegał na obserwacjach uzupełniających TRAPPIST-1 w okresie pięciu lat (od 2011 do 2016 r.) Przy użyciu teleskopu du Pont w Obserwatorium Las Campanas w Chile.
Korzystając z tych obserwacji, starali się ustalić, czy TRAPPIST-1 mógł wcześniej nie wykryć gazowych olbrzymów krążących wokół zewnętrznych granic systemu. Jak wyjaśnił dr Alan Boss - astrofizyk i planetolog z Departamentu Magnetyzmu Ziemskiego Instytutu Carnegie i główny autor na papierze - w oświadczeniu prasowym Carnegie:
„Wiele innych układów gwiezdnych, w tym planety wielkości Ziemi i super-Ziemie, jest także domem dla co najmniej jednego gazowego giganta. Ważne jest więc pytanie, czy te siedem planet ma rodzeństwo gigantów gazowych z orbitami o dłuższym okresie. ”
Przez lata Boss przeprowadzał badanie na polowanie na egzoplanetę ze współautorami badania - Alycją J. Weinberger, Ianem B. Thompsonem i in. - znany jako Carnegie Astrometric Planet Search. Badanie opiera się na kamerze Carnegie Astrometric Planet Search Camera (CAPSCam), instrumencie w teleskopie du Pont, który wyszukuje planety pozasłoneczne metodą astrometryczną.
Ta pośrednia metoda polowania na egzoplanetę określa obecność planet wokół gwiazdy, mierząc drganie tej gwiazdy macierzystej wokół środka masy układu (zwanego też jego centrum środka). Korzystając z CAPSCam, Boss i jego koledzy oparli się na kilku latach obserwacji TRAPPIST-1 w celu ustalenia górnych limitów masy dla wszelkich potencjalnych gigantów gazowych krążących w układzie.
Na tej podstawie doszli do wniosku, że planety o masie do 4,6 masy Jowisza mogą krążyć wokół gwiazdy z okresem roku. Ponadto odkryli, że planety o masie do 1,6 Jowisza mogą krążyć wokół gwiazdy w okresach 5-letnich. Innymi słowy, możliwe jest, że TRAPPIST-1 ma jakieś gazowe olbrzymy długookresowe krążące wokół ich zewnętrznych zasięgów, podobnie jak długo gazowe olbrzymy gazowe istnieją poza orbitą Marsa w Układzie Słonecznym.
Jeśli to prawda, istnienie tych gigantycznych planet może rozwiązać toczącą się debatę na temat formowania się gazowych gigantów Układu Słonecznego. Zgodnie z najszerzej akceptowaną teorią na temat powstawania Układu Słonecznego (tj. Hipoteza mgławicowa), Słońce i planety narodziły się z mgławicy gazu i pyłu. Po tym, jak chmura doświadczyła zapaści grawitacyjnej w centrum, tworząc Słońce, pozostały pył i gaz spłaszczyły się wokół otaczającego go dysku.
Ziemia i inne planety lądowe (Merkury, Wenus i Mars) powstały bliżej Słońca z powodu nagromadzenia minerałów krzemowych i metali. Jeśli chodzi o gazowych gigantów, istnieją konkurencyjne teorie dotyczące ich powstawania. W jednym ze scenariuszy, znanym jako teoria akrecji rdzenia, gazowi giganci zaczęli również akumulować się z materiałów stałych (tworząc stały rdzeń), które stały się wystarczająco duże, aby przyciągnąć otoczkę otaczającego gazu.
Konkurencyjne wyjaśnienie - znane jako teoria niestabilności dysku - twierdzi, że powstały, gdy tarcza gazu i pyłu przybrała kształt ramienia spiralnego (podobnego do galaktyki). Ramiona te zaczęły następnie zwiększać masę i gęstość, tworząc grudki, które szybko zlewały się, tworząc małe gazowe olbrzymy. Korzystając z modeli obliczeniowych, Boss i jego koledzy zastanowili się nad obiema teoriami, aby sprawdzić, czy gazowi olbrzymy mogą powstać wokół gwiazdy o małej masie, takiej jak TRAPPIST-1.
Podczas gdy akrecja rdzeniowa nie była prawdopodobna, teoria niestabilności dysku wskazała, że gazowi giganci mogą tworzyć się wokół TRAPPIST-1 i innych niewielkich mas czerwonych karłów. Jako takie, niniejsze badanie stanowi teoretyczne ramy dla istnienia gazowych gigantów w układach gwiezdnych czerwonych karłów, o których wiadomo, że mają planety skaliste. Jest to z pewnością zachęcająca wiadomość dla łowców egzoplanet, zważywszy na fakt, że na skalistych planetach krążą ostatnio czerwone krasnale.
Oprócz TRAPPIST-1, obejmują one najbliższą egzoplanetę do Układu Słonecznego (Proxima b), a także LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b i Gliese 682c. Ale, jak zauważył również Boss, badania te są jeszcze w powijakach i należy przeprowadzić znacznie więcej badań i dyskusji, zanim cokolwiek zostanie rozstrzygnięte. Na szczęście takie badania pomagają otworzyć drzwi do takich badań i dyskusji.
„Gigantyczne planety gazowe znalezione na długich okresach orbit wokół TRAPPIST-1 mogą podważyć teorię akrecji rdzeniowej, ale niekoniecznie teorię niestabilności dysku”, powiedział Boss. „Istnieje wiele miejsca na dalsze badania między badanymi tutaj orbitami o dłuższym okresie, a bardzo krótkimi orbitami siedmiu znanych planet TRAPPIST-1”.
Szef i jego zespół twierdzą również, że ciągłe obserwacje za pomocą CAPSCam i dalsze udoskonalenia w analizie danych wykryją albo dowolne planety długookresowe, albo jeszcze bardziej ograniczą górne limity ich masy. I oczywiście rozmieszczenie teleskopów na podczerwień nowej generacji, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, pomoże w poszukiwaniach gigantów gazowych wokół gwiazd czerwonego karła.
