Artystyczna koncepcja światów TRAPPIST-1, oparta na dostępnych danych o charakterystyce planet.
(Zdjęcie: © NASA / JPL-Caltech)
Największy ze światów w siedmioplanetowym systemie TRAPPIST-1 szczyci się atmosferą, która ewoluowała w czasie, a nie tą, która się z nim utworzyła.
Obserwacje wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a NASA ujawniają, że atmosfera planety różni się od powstającego środowiska, co oznacza, że najprawdopodobniej jest to skalisty świat podobny do innych w systemie.
„Ta atmosfera nie jest tą, z którą się narodziła” - powiedziała Space.com Hannah Wakeford, badaczka z Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland. Naturalna atmosfera byłaby bogata w wodór, czego naukowcy nie widzą. Zamiast tego „został zmieniony przez różne procesy”, powiedział Wakeford. Aktywność atmosferyczna i geologiczna mogła odegrać znaczącą rolę w tych zmianach. [Wycieczka po egzoplanecie: poznaj 7 planet wielkości TRAPPIST-1]
Wakeford i jej koledzy wykorzystali Hubble'a do badania TRAPPIST-1 g, szóstej planety od gwiazdy. Wcześniej zbadali atmosferę pierwszych pięciu planet, oznaczonych literami od b do f, i stwierdzili, że we wszystkich pięciu planetach brakuje masywnych atmosfer wodoru, które wskazują na gazowych gigantów, co czyni je bardziej skalistymi. Poprzednie badania nie były wystarczająco precyzyjne, aby ustalić, czy TRAPPIST-1 g zachowuje swoją pierwotną atmosferę.
„G był w tym ostatnim znakiem zapytania” - powiedział Wakeford. „Podobnie jak jego bracia i siostry, nie zawiera pierwotnej atmosfery. Ma wyewoluowaną atmosferę”.
Wyniki zaprezentowała w styczniu podczas zimowego spotkania American Astronomical Society w Seattle.
"Sól i pieprz"
W 2016 r. Astronomowie z Chile Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) ogłosili odkrycie trzech planet wokół ciemnej gwiazdy TRAPPIST-1. W ciągu roku odkryto cztery kolejne światy, co daje w sumie siedem. Wszystkie planety leżą w strefie zamieszkiwalnej ich gwiazdy, regionie, w którym płynna woda powinna być w stanie utrzymać się na powierzchni planety. Zaledwie 40 lat świetlnych od Ziemi TRAPPIST-1 zawiera najwięcej planet, o których wiadomo, że leżą w strefie życia jednej gwiazdy.
TRAPPIST-1 g jest największym ze światów, a szacuje się, że wynosi on około 1,1 masy Ziemi.
Jeśli planety są gazowymi gigantami, zachowałyby swoją pierwotną, bogatą w wodór atmosferę. W przeciwieństwie do tego, skaliste światy mogą zmieniać swoją atmosferę. Ruch węgla może odgrywać kluczową rolę w zmieniającej się atmosferze. Topniejąca magma zatrzymuje pułapkę węgla pod powierzchnią. Gdy magma porusza się w kierunku powierzchni, zmniejszone ciśnienie pozwala na ucieczkę węgla w postaci gazowej. Na Ziemi uwięziony węglan jest uwalniany jako dwutlenek węgla, gaz cieplarniany, który pozwala naszej planecie ogrzać się, zatrzymując ciepło ze słońca. Wcześniejsze badania wykazały, że światy takie jak Mars i Księżyc mogą również uwięzić materiał bogaty w węgiel, a także inne pierwiastki, i uwolnić je do atmosfery w formie gazowej.
Krasnoludy M, takie jak TRAPPIST-1, zwane również czerwonymi karłami, stanowią największą populację gwiazd w galaktyce. Niektóre badania sugerują, że trzy na cztery gwiazdki mogą być karłem M. Długowieczne gwiazdy są chłodniejsze i ciemniejsze niż gwiazdy podobne do Słońca, ale są również niezwykle aktywne, zalewając swoje planety promieniowaniem niesionym przez potężne rozbłyski i wybuchy. [How to Tell Star Types Apart (Infographic)]
Ich niskie temperatury mogą również powodować problemy w poszukiwaniu życia. Małe karły M mogą pochwalić się chmurami, a nawet parą wodną w swoich atmosferach, podobnie jak największe planety. Cząsteczki te mogą wytwarzać fałszywe sygnały dla astronomów próbujących badać atmosferę orbitujących wokół nich światów.
Gdy planeta przechodzi między gwiazdą a Ziemią, astronomowie mogą badać światło przepływające przez jej niebo, aby odkryć niektóre tajemnice atmosfery planetarnej. Ponieważ niosą cząsteczki wody, karły M mogą sprawić, że proces będzie trudniejszy; ustalenie, czy sygnały sugerujące obecność wody pochodzą z planety czy gwiazdy, może być trudne.
„Ponieważ gwiazda ma w sobie te cechy, oznacza to, że pomiary, które wykonujesz, nie możesz być w 100 procentach pewien, że to nie gwiazda, którą mierzysz”, powiedział Wakeford. „Musisz być w stanie wykluczyć obecność i wpływ gwiazdy na te planety”.
Aby pomóc w uporządkowaniu bałaganu, Wakeford i jej koledzy opracowali metodę usuwania zanieczyszczenia gwiezdnego. Najpierw przeprowadzili dogłębne badanie TRAPPIST-1, badając, jak zmienia się temperatura gwiazdy w różnych lokalizacjach.
„Sama gwiazda jest mieszaniną trzech różnych rodzajów temperatur” - powiedział Wakeford. Ogólnie rzecz biorąc, gwiazda jest stosunkowo chłodna, a jedna trzecia jest pokryta nieco cieplejszymi plamami o temperaturze 2726 stopni Celsjusza (4940 stopni Fahrenheita). Mniej niż 3 procent gwiazdy pokryte jest wyjątkowo gorącymi punktami w temperaturze 5526 C (9980 F).
To dlatego, że TRAPPIST-1 jest pokryty plamami gwiezdnymi, które według Wakeford są mniejsze i ciemniejsze niż te znalezione na naszym słońcu.
„Dystrybucja [plam] jest jak sól i pieprz - jest po prostu zauważana w każdym miejscu i równomiernie rozmieszczona”, powiedział Wakeford.
Badając gwiazdę jako pojedynczą planetę w układzie, który przeszedł między nią a Ziemią, astronomowie byli w stanie zbadać, jak zmienia się temperatura gwiazdy.
„Możemy faktycznie wykorzystać planetę jako sondę właściwości temperatury gwiazdy” - powiedział Wakeford.
Mając te informacje w ręce, astronomowie zbadali następnie atmosferę samej planety, przekonani, że mogą wyjaśnić sygnały molekularne pochodzące z gwiazdy. Byli w stanie wykluczyć dużą, opuchniętą atmosferę wodoru wokół g, która sugerowałaby, że był to gazowy gigant, a nie skalisty świat, którego powietrze zostało zmienione w wyniku procesów geologicznych i atmosferycznych.
„To naprawdę prowadzi do prawdziwej ziemskiej natury tej planety” - powiedział Wakeford.
Zespół wykorzystał również swoje pomiary do obliczenia promienia planety w promieniu 1,124 razy większej od promienia Ziemi, co daje gęstość tuż poniżej naszej planety. To mocno pasuje do TRAPPIST-1 g: To skalisty świat.
Po usunięciu sześciu planet astronomowie mają nadzieję, że zwrócą uwagę na siódmy i ostatni obiekt, TRAPPIST-1 godz. Planują studiować planetę latem 2019 r.
„Ponowne zastosowanie tej metody będzie naprawdę ekscytujące, nie tylko po to, aby zobaczyć, z czego zbudowana jest planeta, ale także zobaczyć, jak gwiazda się zmienia i wpływa na tę planetę” - powiedział Wakeford.
Ponadto opracowany przez nich proces oddzielania zanieczyszczenia parą wodną od TRAPPIST-1 można również zastosować do obserwacji innych karłów M.
Badanie zostało opublikowane pod koniec 2018 r. W czasopiśmie Astronomical Journal.
