De syv klippeplaneter i TRAPPIST-1 ser ud til at have meget ens sammensætninger

Den røde dværgstjerne TRAPPIST-1 er hjemsted for den største gruppe af planeter på størrelse med jorden, der nogensinde er fundet i et enkelt stjernesystem. Beliggende omkring 40 lysår væk, disse syv stenede søskende giver et eksempel på den enorme variation af planetsystemer, der sandsynligvis fylder universet.

En ny undersøgelse offentliggjort i dag i Planetary Science Journal viser, at TRAPPIST-1-planeterne har bemærkelsesværdigt ens tætheder. Det kan betyde, at de alle indeholder omtrent det samme forhold mellem materialer, der menes at udgøre de fleste klippeplaneter, som jern, ilt, magnesium, og silicium. Men hvis dette er tilfældet, det forhold må være væsentligt anderledes end Jordens:TRAPPIST-1-planeterne er omkring 8 % mindre tætte, end de ville være, hvis de havde samme sammensætning som vores hjemmeplanet. På baggrund af den konklusion, papirforfatterne antog, at et par forskellige blandinger af ingredienser kunne give TRAPPIST-1-planeterne den målte tæthed.

Nogle af disse planeter har været kendt siden 2016, da videnskabsmænd meddelte, at de havde fundet tre planeter omkring TRAPPIST-1-stjernen ved hjælp af Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) i Chile. Efterfølgende observationer fra NASAs nu pensionerede Spitzer Space Telescope, i samarbejde med jordbaserede teleskoper, bekræftede to af de oprindelige planeter og opdagede yderligere fem. Administreret af NASA's Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien, Spitzer observerede systemet i over 1, 000 timer før de blev nedlagt i januar 2020. NASAs Hubble og nu pensionerede Kepler-rumteleskoper har også studeret systemet.

Alle syv TRAPPIST-1 planeter, som er så tæt på deres stjerne, at de ville passe ind i Merkurs kredsløb, blev fundet via transitmetoden:Forskere kan ikke se planeterne direkte (de er for små og svage i forhold til stjernen), så de ser efter fald i stjernens lysstyrke, der skabes, når planeterne krydser foran den.

Gentagne observationer af stjernelysfaldene kombineret med målinger af timingen af ​​planeternes kredsløb gjorde det muligt for astronomer at estimere planeternes masser og diametre, som igen blev brugt til at beregne deres tætheder. Tidligere beregninger har fastslået, at planeterne er nogenlunde på størrelse med Jorden og derfor også skal være stenede, eller terrestrisk – i modsætning til gasdomineret, ligesom Jupiter og Saturn. Det nye papir tilbyder de mest præcise tæthedsmålinger endnu for enhver gruppe af exoplaneter - planeter uden for vores solsystem.

Jerns regeringstid

Jo mere præcist forskerne kender en planets tæthed, jo flere grænser kan de sætte på dets sammensætning. Overvej, at en papirvægt kan have omtrent samme størrelse som en baseball, men som regel er den meget tungere. Sammen, bredde og vægt afslører hver genstands tæthed, og derfra er det muligt at udlede, at baseballen er lavet af noget lettere (snor og læder), og papirvægten er lavet af noget tungere (normalt glas eller metal).

Tætheden af ​​de otte planeter i vores eget solsystem varierer meget. Den hævede, gasdominerede kæmper - Jupiter, Saturn, Uranus, og Neptun – er større, men meget mindre tætte end de fire terrestriske verdener, fordi de for det meste består af lettere grundstoffer som brint og helium. Selv de fire terrestriske verdener viser en vis variation i deres tætheder, som er bestemt af både en planets sammensætning og kompression på grund af selve planetens tyngdekraft. Ved at trække virkningen af ​​tyngdekraften fra, videnskabsmænd kan beregne, hvad der er kendt som en planets ukomprimerede tæthed og potentielt lære mere om en planets sammensætning.

De syv TRAPPIST-1 planeter har lignende tætheder - værdierne afviger ikke med mere end 3%. Dette gør systemet meget anderledes end vores eget. Forskellen i tæthed mellem TRAPPIST-1-planeterne og Jorden og Venus kan synes lille - omkring 8% - men den er signifikant på planetarisk skala. For eksempel, en måde at forklare hvorfor TRAPPIST-1 planeterne er mindre tætte er, at de har en lignende sammensætning som Jorden, men med en lavere procentdel af jern - omkring 21 % sammenlignet med Jordens 32 %, ifølge undersøgelsen.

Alternativt jernet i TRAPPIST-1 planeterne kan være infunderet med høje niveauer af ilt, danner jernoxid, eller rust. Den ekstra ilt ville mindske planeternes tætheder. Mars overflade får sin røde nuance fra jernoxid, men ligesom sine tre jordiske søskende, den har en kerne sammensat af ikke-oxideret jern. Derimod hvis den lavere tæthed af TRAPPIST-1 planeterne udelukkende var forårsaget af oxideret jern, planeterne skulle være rustne hele vejen igennem og kunne ikke have solide jernkerner.

Erik Agol, en astrofysiker ved University of Washington og hovedforfatter af den nye undersøgelse, sagde, at svaret kunne være en kombination af de to scenarier - mindre jern samlet set og noget oxideret jern.

Holdet undersøgte også, om overfladen på hver planet kunne dækkes med vand, som er endnu lettere end rust, og som ville ændre planetens samlede tæthed. Hvis det var tilfældet, vand skulle tegne sig for omkring 5% af den samlede masse af de ydre fire planeter. Til sammenligning, vand udgør mindre end en tiendedel af 1 % af Jordens samlede masse.

Fordi de er placeret for tæt på deres stjerne til, at vand forbliver en væske under de fleste omstændigheder, de tre indre TRAPPIST-1 planeter ville kræve varme, tætte atmosfærer som Venus', sådan at vand kunne forblive bundet til planeten som damp. Men Agol siger, at denne forklaring virker mindre sandsynlig, fordi det ville være en tilfældighed for alle syv planeter at have lige nok vand til stede til at have så ens tætheder.

"Nattehimlen er fuld af planeter, og det er først inden for de sidste 30 år, at vi har været i stand til at begynde at opklare deres mysterier, " sagde Caroline Dorn, en astrofysiker ved universitetet i Zürich og en medforfatter af papiret. "TRAPPIST-1-systemet er fascinerende, fordi vi omkring denne ene stjerne kan lære om mangfoldigheden af ​​klippeplaneter inden for et enkelt system. Og vi kan faktisk lære mere om en planet ved også at studere dens naboer, så dette system er perfekt til det."