W lutym 2017 roku świat był zdumiony, gdy dowiedział się, że astronomowie - korzystając z danych z teleskopu TRAPPIST w Chile i Spitzer Space Telescope - zidentyfikowali układ siedmiu skalistych egzoplanet w systemie TRAPPIST-1. Jakby nie było to wystarczająco zachęcające dla entuzjastów egzoplanet, wskazano również, że trzy z siedmiu planet krążą wokół obwodowej strefy zamieszkiwania gwiazd (inaczej „Strefa Złotowłosa”).
Od tego czasu system ten był przedmiotem znacznych badań i badań następczych w celu ustalenia, czy któraś z jego planet może nadawać się do zamieszkania. Nieodłącznym elementem tych badań było pytanie, czy planety mają ciekłą wodę na swoich powierzchniach. Ale według nowego badania przeprowadzonego przez zespół amerykańskich astronomów planety TRAPPIST mogą faktycznie mieć zbyt dużo wody, aby utrzymać życie.
Badanie zatytułowane „Migracja wewnętrzna planet TRAPPIST-1 wywnioskowane z ich bogatych w wodę kompozycji” pojawiło się niedawno w czasopiśmie Astronomia przyrody. Badanie było prowadzone przez Cayman T. Unterborn, geolog ze School of Earth and Space Exploration (SESE), i obejmowało Stevena J. Descha, Alejandro Lorenzo (również z SESE) i Natalie R. Hinkel - astrofizyków z Uniwersytetu Vanderbilt , Nashville.
Jak zauważono, przeprowadzono wiele badań, które miały na celu ustalenie, czy któraś z planet TRAPPIST-1 może nadawać się do zamieszkania. I chociaż niektórzy podkreślali, że nie będą w stanie długo utrzymać się w swojej atmosferze z powodu faktu, że okrążają gwiazdę zmienną i podatną na rozbłyski (jak wszystkie czerwone karły), inne badania wykazały, że układ może być bogaty w wodę i idealny do zamiany życia.
Na potrzeby badań zespół wykorzystał dane z wcześniejszych badań, które próbowały nałożyć ograniczenia na masę i średnicę planet TRAPPIST-1 w celu obliczenia ich gęstości. Wiele z nich pochodziło z zestawu danych o nazwie Hypatia Catalog (opracowanego przez autora Hinkela), który łączy dane z ponad 150 źródeł literackich w celu określenia gwiezdnej obfitości gwiazd w pobliżu naszego Słońca.
Korzystając z tych danych, zespół skonstruował modele składu promienia masy w celu określenia zawartości lotnej każdej z planet TRAPPIST-1. Zauważyli, że planety TRAPPIST są tradycyjnie lekkie dla ciał skalistych, co wskazuje na wysoką zawartość lotnych pierwiastków (takich jak woda). Na światach o podobnej niskiej gęstości zwykle uważa się, że składnik lotny przyjmuje postać gazów atmosferycznych.
Ale jak wyjaśnił Unterborn w niedawnym artykule SESE, planety TRAPPIST-1 to inna sprawa:
„Planety TRAPPIST-1 mają zbyt małą masę, aby pomieścić wystarczającą ilość gazu, aby uzupełnić deficyt gęstości. Nawet gdyby byli w stanie zatrzymać gaz, ilość potrzebna do uzupełnienia deficytu gęstości sprawiłaby, że planeta byłaby znacznie bardziej rozdęta niż widzimy. ”
Z tego powodu Unterborn i jego koledzy ustalili, że składnikiem o niskiej gęstości w tym układzie planetarnym musi być woda. Aby ustalić, ile wody tam było, zespół wykorzystał unikalny pakiet oprogramowania znany jako ExoPlex. To oprogramowanie wykorzystuje najnowocześniejsze kalkulatory fizyki minerałów, które pozwoliły zespołowi połączyć wszystkie dostępne informacje o systemie TRAPPIST-1 - nie tylko masę i promień poszczególnych planet.
Odkryli, że planety wewnętrzne (b i do) były „bardziej suche” - mając mniej niż 15% masy wody - podczas gdy planety zewnętrzne (fa i sol) miał ponad 50% masy wody. Dla porównania, Ziemia ma tylko 0,02% masy wody, co oznacza, że te światy mają równowartość setek oceanów wielkości Ziemi. Zasadniczo oznacza to, że planety TRAPPIST-1 mogą mieć za dużo wody, aby utrzymać życie. Jak wyjaśnił Hinkel:
„Zwykle uważamy, że płynna woda na planecie jest sposobem na rozpoczęcie życia, ponieważ życie, jakie znamy na Ziemi, składa się głównie z wody i wymaga od niej życia. Jednak planeta, która jest światem wody lub nie ma żadnej powierzchni nad wodą, nie ma ważnych cykli geochemicznych lub elementarnych, które są absolutnie niezbędne do życia ”.
Odkrycia te nie wróży dobrze tym, którzy uważają, że gwiazdy typu M są najbardziej prawdopodobnym miejscem do posiadania planet nadających się do zamieszkania w naszej galaktyce. Czerwone karły są nie tylko najczęstszym rodzajem gwiazd we Wszechświecie, odpowiadającym za 75% gwiazd w samej Galaktyce Drogi Mlecznej, stwierdzono, że kilka względnie blisko naszego Układu Słonecznego okrąża je jedna lub więcej planet skalistych.
Oprócz TRAPPIST-1, obejmują one super-Ziemie odkryte wokół LHS 1140 i GJ 625, trzy skaliste planety odkryte wokół Gliese 667 oraz Proxima b - najbliższą egzoplanetę dla naszego Układu Słonecznego. Ponadto badanie przeprowadzone przy użyciu spektrografu HARPS w Obserwatorium La Silla w ESO w 2012 r. Wykazało, że miliardy planet skalistych krążą wokół stref mieszkalnych gwiazd czerwonych karłów w Drodze Mlecznej.
Niestety ostatnie odkrycia wskazują, że planety systemu TRAPPIST-1 nie są korzystne dla życia. Co więcej, prawdopodobnie nie byłoby na nich wystarczająco dużo życia, aby wytworzyć biosignatury, które byłyby obserwowalne w ich atmosferze. Ponadto zespół doszedł do wniosku, że planety TRAPPIST-1 musiały uformować ojca z dala od swojej gwiazdy i z czasem migrowały do wewnątrz.
Opierało się to na tym, że bogate w lód planety TRAPPIST-1 znajdowały się znacznie bliżej odpowiedniej „linii lodu” ich gwiazdy niż na suchszych. W każdym układzie słonecznym planety leżące w tej linii będą bardziej skaliste, ponieważ ich woda odparuje lub skropli się, tworząc oceany na swoich powierzchniach (jeśli będzie wystarczająca atmosfera). Poza tą linią woda przybierze postać lodu i może być wydzielana do planet.
Na podstawie analiz zespół ustalił, że planety TRAPPIST-1 musiały uformować się poza linią lodu i migrowały w kierunku gwiazdy macierzystej, aby objąć swoje obecne orbity. Ponieważ jednak gwiazdy typu M (czerwony karzeł) są znane jako najjaśniejsze po pierwszej formie i z czasem przygasają, linia lodu przesunąłaby się również do wewnątrz. Jak wyjaśnił współautor Steven Desch, odległość migracji planet zależeć będzie od tego, kiedy się utworzą.
„Im wcześniej powstały planety, tym dalej od gwiazdy musieli się uformować, aby mieć tyle lodu” - powiedział. Na podstawie czasu, jaki zajmuje tworzenie planet skalistych, zespół oszacował, że planety musiały pierwotnie znajdować się dwa razy dalej od swojej gwiazdy niż obecnie. Chociaż istnieją inne przesłanki, że planety w tym systemie migrowały w czasie, to badanie jako pierwsze oszacowało migrację i wykorzystało dane dotyczące składu, aby to pokazać.
To badanie nie jest pierwszym, które wskazuje, że planety krążące wokół czerwonych karłów mogą w rzeczywistości być „światami wodnymi”, co oznaczałoby, że skaliste planety z kontynentami na swoich powierzchniach są stosunkowo rzadkie. Jednocześnie przeprowadzono inne badania, które wskazują, że takie planety prawdopodobnie będą miały trudności z utrzymaniem atmosfery, co wskazuje, że nie pozostaną światami wodnymi przez bardzo długi czas.
Jednak dopóki nie będziemy mogli lepiej przyjrzeć się tym planetom - będzie to możliwe dzięki wdrożeniu instrumentów nowej generacji (takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba) - będziemy zmuszeni do teorii o tym, czego nie wiemy na podstawie tego, co robimy. Powoli ucząc się więcej o tych i innych egzoplanetach, nasza zdolność do określania, gdzie powinniśmy szukać życia poza Układem Słonecznym, zostanie udoskonalona.
