Study bringer nye klimamodeller af den lille stjerne TRAPPIST 1s syv spændende verdener

Ikke alle stjerner er som solen, så ikke alle planetsystemer kan studeres med de samme forventninger. Ny forskning fra et team af astronomer ledet af University of Washington giver opdaterede klimamodeller for de syv planeter omkring stjernen TRAPPIST-1.

Arbejdet kunne også hjælpe astronomer med mere effektivt at studere planeter omkring stjerner i modsætning til vores sol, og bedre udnytte de begrænsede, dyre ressourcer fra James Webb Space Telescope, forventes nu at blive lanceret i 2021.

"Vi modellerer ukendte atmosfærer, ikke bare at antage, at de ting, vi ser i solsystemet, vil se på samme måde omkring en anden stjerne, " sagde Andrew Lincowski, UW ph.d.-studerende og hovedforfatter på et papir offentliggjort 1. november i Astrofysisk tidsskrift . "Vi udførte denne forskning for at vise, hvordan disse forskellige typer atmosfærer kunne se ud."

Holdet fandt, kort sagt, at på grund af en ekstrem varm, lys tidlig stjernefase, alle syv af stjernens verdener kan have udviklet sig som Venus, med eventuelle tidlige oceaner, de måtte have fordampet og efterladt tæt, ubeboelige atmosfærer. Imidlertid, en planet, TRAPPIST-1 e, kunne være en jordlignende havverden, der er værd at studere nærmere, som tidligere forskning også har vist.

TRAPPIST-1, 39 lysår eller omkring 235 billioner miles væk, er omtrent så lille som en stjerne kan være og stadig være en stjerne. En relativt kølig "M-dværg"-stjerne - den mest almindelige type i universet - den har omkring 9 procent af solens masse og omkring 12 procent af dens radius. TRAPPIST-1 har en radius, der kun er lidt større end planeten Jupiter, selvom det er meget større i masse.

Alle syv TRAPPIST-1's planeter er omtrent på størrelse med Jorden, og tre af dem - planeter mærket e, f og g - menes at være i dens beboelige zone, den del af rummet omkring en stjerne, hvor en klippeplanet kunne have flydende vand på sin overflade, dermed give livet en chance. TRAPPIST-1 d rider på den inderste kant af den beboelige zone, mens længere ude, TRAPPIST-1 t, kredser lige forbi den zones yderkant.

"Dette er en hel række af planeter, der kan give os indsigt i planeternes udvikling, især omkring en stjerne, der er meget anderledes end vores, med forskelligt lys, der kommer ud af det, " sagde Lincowski. "Det er bare en guldmine."

Tidligere artikler har modelleret TRAPPIST-1 verdener, Lincowski sagde, men han og dette forskerhold "forsøgte at lave den mest stringente fysiske modellering, som vi kunne med hensyn til stråling og kemi - forsøgte at få fysikken og kemien så rigtig som muligt."

Holdets strålings- og kemimodeller skaber spektrale, eller bølgelængde, signaturer for hver mulig atmosfærisk gas, gør det muligt for observatører bedre at forudsige, hvor de skal lede efter sådanne gasser i exoplanetatmosfærer. Lincowski sagde, når spor af gasser faktisk opdages af Webb-teleskopet, eller andre, en skønne dag, "astronomer vil bruge de observerede bump og vrikker i spektrene til at udlede, hvilke gasser der er til stede - og sammenligne det med at fungere som vores for at sige noget om planetens sammensætning, miljø og måske dets evolutionære historie."

Han sagde, at folk er vant til at tænke på en planets beboelighed omkring stjerner, der ligner solen. "Men M dværgstjerner er meget forskellige, så du er virkelig nødt til at tænke på de kemiske effekter på atmosfæren(e), og hvordan den kemi påvirker klimaet."

Kombination af terrestrisk klimamodellering med fotokemimodeller, forskerne simulerede miljøtilstande for hver af TRAPPIST-1's verdener.

Deres modellering indikerer, at:

• TRAPPIST-1 b, tættest på stjernen, er en brændende verden for varm selv for skyer af svovlsyre, som på Venus, at danne.
• Planeterne c og d modtager lidt mere energi fra deres stjerne end Venus og Jorden gør fra solen og kan være Venus-lignende, med en tæt, ubeboelig atmosfære.
• TRAPPIST-1 e er den mest sandsynlige af de syv til at være vært for flydende vand på en tempereret overflade, og ville være et glimrende valg til videre studier med beboelighed i tankerne.
• De ydre planeter f, g og h kunne være Venus-lignende eller kunne være frosset, afhængig af hvor meget vand der blev dannet på planeten under dens udvikling.

Lincowski sagde, at i virkeligheden, enhver eller alle TRAPPIST-1's planeter kunne være Venus-lignende, med vand eller oceaner, der længe er brændt væk. Han forklarede, at når vand fordamper fra en planets overflade, ultraviolet lys fra stjernen bryder vandmolekylerne ad, frigivelse af brint, som er det letteste grundstof og kan undslippe en planets tyngdekraft. Dette kan efterlade en masse ilt, som kunne forblive i atmosfæren og irreversibelt fjerne vand fra planeten. Sådan en planet kan have en tyk iltatmosfære - men ikke en, der genereres af liv, og anderledes end noget, der endnu er observeret.

"Dette kan være muligt, hvis disse planeter oprindeligt havde mere vand end Jorden, Venus eller Mars, " sagde han. "Hvis planeten TRAPPIST-1 e ikke mistede alt sit vand i denne fase, i dag kunne det være en vandverden, fuldstændig dækket af et globalt hav. I dette tilfælde, det kunne have et klima, der ligner Jorden."

Lincowski sagde, at denne forskning blev udført mere med et øje på klimaudviklingen end for at bedømme planeternes beboelighed. Han planlægger fremtidig forskning, der fokuserer mere direkte på modellering af vandplaneter og deres chancer for liv.

"Før vi kendte til dette planetsystem, estimater for sporbarheden af ​​atmosfærer for planeter på størrelse med Jorden så meget vanskeligere ud, " sagde medforfatter Jacob Lustig-Yaeger, en UW astronomi doktorand.

Stjernen er så lille, han sagde, vil gøre signaturerne af gasser (som kuldioxid) i planetens atmosfærer mere udtalte i teleskopdata.

"Vores arbejde informerer det videnskabelige samfund om, hvad vi kan forvente at se for TRAPPIST-1-planeterne med det kommende James Webb-rumteleskop."

Lincowskis anden UW medforfatter er Victoria Meadows, professor i astronomi og direktør for UW's Astrobiology Program. Meadows er også hovedefterforsker for NASA Astrobiology Institutes Virtual Planetary Laboratory, baseret på UW. Alle forfatterne var tilknyttet det forskningslaboratorium.

"De processer, der former udviklingen af ​​en terrestrisk planet, er afgørende for, om den kan være beboelig eller ej, samt vores evne til at fortolke mulige tegn på liv, " sagde Meadows. "Dette papir antyder, at vi snart kan søge efter potentielt påviselige tegn på disse processer på fremmede verdener."

TRAPPIST-1, i stjernebilledet Vandmanden, er opkaldt efter det jordbaserede Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, faciliteten, der først fandt bevis for planeter omkring sig i 2015.