Forskning afslører mere om TRAPPIST-1 planeter, og muligheden for liv

En række på fire undersøgelser har kastet nyt lys over egenskaberne ved TRAPPIST-1 planetsystemet, i øjeblikket vores mest optimale håb for beviser på biologisk liv uden for solsystemet.

Siden udstrækningen af ​​TRAPPIST-1 planetsystemet blev afsløret i februar 2017, det har fanget fantasien hos mennesker verden over.

De nye undersøgelser, herunder papirer offentliggjort i dag i Natur astronomi og Astronomi og astrofysik , er resultatet af, at forskere arbejder på bedre at karakterisere planeterne og indsamle mere information om dem.

Det internationale hold forfinede først egenskaberne af stjernen i midten af ​​systemet, og for det andet forbedrede målingerne af planeternes radier. En tredje undersøgelse giver bedre skøn end nogensinde før for planeternes masser, mens holdet i den fjerde undersøgelse udførte rekognosceringsobservationer af planeternes atmosfærer.

De fire internationale undersøgelser blev lavet i samarbejde med University of Birmingham astronom Dr Amaury Triaud. Han forklarer, "Efter at have opdaget dette utrolige planetsystem var vores team ekstremt ivrige efter at vide mere om TRAPPIST-1. Et år efter, vi rapporterer vores resultater. Takket være vores indsats er TRAPPIST-1 planeterne ved at blive de bedst studerede verdener uden for solsystemet."

Holdet fandt ud af, at alle syv planeter for det meste er lavet af sten, med op til 5 procent af deres masse i vand - en betydelig mængde. Til sammenligning, vores Jords oceaner tegner sig kun for 0,02 procent af vores planets masse.

Ud over, fem af planeterne ser ud til at være blottet for en atmosfære lavet af brint og helium, som for Neptun eller Uranus. Denne nye information forstærker forestillingen om, at de syv planeter i TRAPPIST-1 ligner solsystemets klippeverdener på mange måder.

Den form, som vand tager på TRAPPIST-1 planeter, vil afhænge af mængden af ​​varme, de modtager fra deres stjerne, hvilket er blot 9 procent så tungt som vores sol.

De syv planeter betragtes som tempererede, hvilket betyder, at under visse geologiske og atmosfæriske forhold, alle kunne have betingelser, der tillader vandet at forblive flydende. Arbejde, inklusive holdets række af resultater, er nu i gang med at finde ud af, hvilke af disse tempererede planeter, der med størst sandsynlighed er beboelige.

Af de syv, TRAPPIST-1e, den fjerde fra stjernen, er i øjeblikket den mest beslægtede med Jorden, selvom der stadig er meget at vide, især forholdene ved overfladen, og om det holder en atmosfære.

Dr Triaud fortsætter, "Når vi kombinerer vores nye masser med vores forbedrede radiusmålinger, og vores forbedrede viden om stjernen, vi opnår præcise tætheder for hver af de syv verdener, og få oplysninger om deres interne sammensætning. Alle syv planeter minder bemærkelsesværdigt om Merkur, Venus, vores jord, dens måne, og Mars."

Professor Brice-Olivier Demory, medforfatter ved universitetet i Bern, tilføjet, "Tætheder, mens vigtige spor til planeternes sammensætning, ikke sige noget om beboelighed. Imidlertid, vores undersøgelse er et vigtigt skridt fremad, mens vi fortsætter med at udforske, om disse planeter kan understøtte liv."

Som en del af denne serie af arbejde, holdet brugte Hubble-rumteleskopet, mens planeterne passerede foran deres stjerne, forsøger at fange små signaler, mens stjernelys interagerer med planeternes atmosfære.

Deres omhyggelige målinger fandt ingen beviser for brintdominerede atmosfærer på planeterne TRAPPIST-1d, e og f (b og c blev udført sidste år), selvom den brintdominerede atmosfære ikke kan udelukkes for g. Indtil nu, de indsamlede data er stadig i overensstemmelse med, men kan ikke bekræfte, om planeterne har atmosfærer, der ligner Venus, eller Jorden. Denne identifikation vil blive udført ved nye observationer.

"Hubble laver det indledende rekognosceringsarbejde, så astronomer, der bruger Webb, ved, hvor de skal starte, " sagde Nikole Lewis fra Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland, medleder af Hubble-undersøgelsen. "Eliminering af et muligt scenarie for sammensætningen af ​​disse atmosfærer gør det muligt for Webb-teleskopets astronomer at planlægge deres observationsprogrammer for at lede efter andre mulige scenarier for sammensætningen af ​​disse atmosfærer."

Hvad er TRAPPIST-1?

TRAPPIST-1 er opkaldt efter Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) i Chile, som opdagede to af de syv planeter, vi kender til i dag - annonceret i 2016. NASA's Spitzer Space Telescope, i samarbejde med jordbaserede teleskoper, bekræftede disse planeter og afdækkede de andre fem i systemet. Siden da, NASAs Kepler-rumteleskop observerede også TRAPPIST-1-systemet, og Spitzer indsamlede yderligere data. Denne nye mængde data hjalp teamet med at tegne et klarere billede af systemet end nogensinde før – selvom der stadig er meget mere at lære om TRAPPIST-1.

TRAPPIST-1-planeterne klemmer sig så tæt på hinanden, at en person, der står på overfladen af ​​en af ​​disse verdener, ville have en spektakulær udsigt over de naboplaneter på himlen, som nogle gange ville virke større end Månen ser ud for en observatør på Jorden. De kan også være tidevandslåste, hvilket betyder, at den samme side af planeten altid vender mod stjernen, og hver side er i evig dag eller nat. Selvom planeterne alle er tættere på deres stjerne, end Merkur er på Solen, TRAPPIST-1 er så sej en stjerne, at dens planeter er tempererede.

Hvordan kan disse planeter se ud?

Det er umuligt at vide præcis, hvordan hver planet ser ud, fordi de er så langt væk. I vores eget solsystem, Månen og Mars har næsten samme tæthed, alligevel ser deres overflader helt anderledes ud.

Baseret på tilgængelige data, her er videnskabsmænds bedste bud på planeternes udseende:

TRAPPIST-1b, den inderste planet, sandsynligvis have en stenet kerne, omgivet af en atmosfære, der er meget tykkere end Jordens. TRAPPIST-1c har sandsynligvis også et stenet indre, men med en tyndere atmosfære end planet b. TRAPPIST-1d, i mellemtiden, er den letteste af planeterne - omkring 30 procent af Jordens masse. Forskere er usikre på, om det har en stor atmosfære, et hav eller et islag - alle tre af disse ville give planeten en "indhylning" af flygtige stoffer, der ville give mening for en planet med dens tæthed.

Forskere var overraskede over, at TRAPPIST-1e er den eneste planet i systemet, der er lidt tættere end Jorden, tyder på, at den kan have en tættere jernkerne end vores hjemmeplanet. Ligesom TRAPPIST-1c, det har ikke nødvendigvis en tyk atmosfære, hav eller islag - hvilket gør disse to planeter adskilte i systemet. Det er mystisk, hvorfor TRAPPIST-1e er så meget mere rocket i sin sammensætning end resten af ​​planeterne. Med hensyn til størrelse, tæthed og mængden af ​​stråling, den modtager fra sin stjerne, dette er den planet, der ligner Jorden mest.

TRAPPIST-1f, g og h er langt nok fra værtsstjernen til, at vand kan fryses som is på tværs af disse overflader. Hvis de har en tynd atmosfære, de ville sandsynligvis ikke indeholde Jordens tunge molekyler såsom kuldioxid.

Hvordan ved vi det?

Forskere er i stand til at beregne tætheden af ​​planeterne, fordi de tilfældigvis er opstillet sådan, at når de passerer foran deres stjerne, vores jord- og rumbaserede teleskoper registrerer en dæmpning af dets lys. Dette kaldes en transit. Den mængde, hvormed stjernelyset dæmpes, er relateret til planetens radius.

For at få tætheden, videnskabsmænd drager fordel af det, der kaldes "transit timing variationer."

Hvis der ikke var andre gravitationskræfter på en planet i transit, den ville altid krydse foran sin værtsstjerne på samme tid – f.eks. Jorden kredser om Solen hver 365. dag, det er sådan, vi definerer et år. Men fordi TRAPPIST-1 planeterne er pakket så tæt sammen, de ændrer tidspunktet for hinandens "år" aldrig så lidt. Disse variationer i orbital timing bruges til at estimere planeternes masser. Derefter, masse og radius bruges til at beregne tæthed.

Næste skridt

Det næste trin i at udforske TRAPPIST-1 vil være NASAs James Webb Space Telescope, som vil være i stand til at dykke ned i spørgsmålet om, hvorvidt disse planeter har atmosfærer og, hvis så, hvordan disse atmosfærer er, og om de tillader passende overfladeforhold for at tillade flydende vand.