Bližší pohled na světy TRAPPIST-1

Dvě nové studie planet obíhajících kolem TRAPPIST-1 vrhaly světlo na to, jak by tyto světy mohly vypadat.

Tento obrázek ukazuje TRAPPIST-1 obklopený jeho sedmi zhruba planetami Země.

Asi před rokem astronomové odhalili, že sedm planet zhruba velikosti Země obíhá kolem hvězdy známé jako TRAPPIST-1. Všechny z nich, pojmenované b, c, d, e, f, g, h v pořadí jejich objevení a vzdálenosti od hvězdy, mohly být obsaženy na ortuťové oběžné dráze kolem Slunce. Hvězda je přesto přes jejich kompaktní oběžné dráhy tak chladná, že tři z nich jsou v takzvané „obyvatelné zóně“, kde na povrchu může existovat kapalná voda. Za správných podmínek mohly i další čtyři planety občas hostit tekutou vodu a potenciálně život.

Jsou však obyvatelné? Dvě studie charakterizují atmosféru a složení planet, aby si tuto otázku vyřešily.

Žádné neptunské atmosféry

V Nature Astronomy Julien de Wit (MIT) a jeho kolegové představují Hubbleův vesmírný dalekohled pozorování planet d, e, f a g. Když Hubble sledoval průchod planet přes tvář své hvězdy, měřil Hubble infračervené hvězdné světlo, které procházelo atmosférou planet na cestě k Zemi. Zatímco data jsou dost řídká, existuje dostatek informací, aby bylo možné pevně vyloučit atmosféru bohatou na Neptun jako vodík pro d, e a f. Dřívější průzkumy téhož týmu vyloučily atmosféru bohatou na vodík i pro planety b a c. (O planetě g zatím není dostatek údajů k tomu, aby bylo možné cokoli říci, a Hubble to prozkoumal.)

Hubbleův kosmický dalekohled zachytil světlo z TRAPPIST-1, když prošel atmosférou čtyř planet Země (TRAPPIST-1d, e, f a g). Fialové křivky ukazují předpovídaný podpis atmosféry ovládané vodíkem podobnou atmosféře Neptunu. Hubbleova data (zelené kříže) neodhalí žádný důkaz takové atmosféry bohaté na vodík kolem tří exoplanet (TRAPPIST-1d, e, af), ale nemohou vyloučit to kolem TRAPPIST-1g.
NASA / ESA / Z. Levy (STScI)

Hubbleova data nejsou dostatečně jasná, aby řekla cokoli o přítomnosti dalších atmosférických molekul, jako je voda - na to musíme čekat na spuštění kosmického dalekohledu James Webb. Nicméně to, co Hubbleova spektra vylučuje, vyplňuje historii těchto planet.

Všech sedm planet obchází TRAPPIST-1 v rezonančním řetězci, na oběžné dráze, která je více celých čísel. Například, když nejvnitřnější planeta obehne hvězdu osmkrát, další planeta ven dokončí pět oběžných drah atd. Planety se takhle netvoří. Místo toho se planety TRAPPIST-1 pravděpodobně formovaly mnohem dále. Oni se stěhovali dovnitř interakcí s prvotní planetou formující disk před stabilizací v jejich aktuální rezonanční konfiguraci.

Jejich historie znamená, že by tyto planety pravděpodobně shromažďovaly atmosféru bohatou na vodík, jak se formovaly. Skutečnost, že nyní nemají atmosféru bohatou na vodík, nyní znamená, že se vodík mohl vyvařit, když se planety přibližovaly ke hvězdě. Jakákoli atmosféra, kterou nyní mají, by po migraci byla sekundární, shromážděná nebo odplyněná.

Tento graf představuje známé vlastnosti sedmi exoplanetů TRAPPIST-1 (označené b až h) a ukazuje, jak se hromadí ve vnitřních skalních světech v naší vlastní sluneční soustavě.
NASA / JPL-Caltech

Jak je Rocky Rocky?

Rezonanční řetězec je klíčem k druhému kolu výsledků, které bude prezentovat (nezávisle na de Witově týmu) v astronomii a astrofyzice Simon Grimm (Univerzita Bern, Švýcarsko) a jeho kolegové. Pravidelné načasování tranzitů planet se mění tak nepatrně gravitačními tahy planet na sebe. Z takových variací časování tranzitu mohou astronomové vypočítat orbitální období každé planety, vzdálenost od hvězdy, hmotnosti, poloměru, průměrné hustoty a gravitace povrchu.

S pozorováním 284 tranzitů ze SPECULOOS na Paranal Observatory v Chile, jakož i kosmických dalekohledů Spitzer a Kepler, Grimm a kolegové vypracovali hustoty planet mnohem přesněji než dříve. Zjistí, že zatímco e je skalnaté skrz a přes - hustší než Země - ostatní planety (b, c, d, f, g, h) vyžadují něco lehčího ve směsi, s největší pravděpodobností vodu v páře, kapalinu, nebo ledová forma.

Umělecké koncepty doprovázejí vlastnosti planety odvozené z variací časování tranzitu systému TRAPPIST-1. Pro srovnání jsou znázorněny skalní planety sluneční soustavy.
NASA

Voda netvoří více než 5% hmotnosti jedné planety, ale stále je to 250krát více, než je procento vody Země. (Oceány jsou obrovské, ale nepatrné ve srovnání s většinou pozemského vnitřku!)

Planety b a c mají pravděpodobně atmosféry tlustší než planety Země, zatímco vnější planety f, g a h mají pravděpodobně ledovou vrstvu bez silné atmosféry. Planeta d, která se nejvíce podobá Zemi, pokud jde o množství světla, které přijímá, je nejlehčí planeta s 30% hmotnosti Země. Planeta e je jediná, která je hustší než Země.

Přesto TRAPPIST-1 stále obsahuje více otázek než odpovědí - žádná ze studií, které byly dnes zveřejněny, například nedokáže říct, zda jsou planety obyvatelné. Jsou však krok správným směrem. Díky blízkosti systému k Zemi jsou tyto planety nejlepší možností, kterou mají astronomové pro studium atmosféry a složení planet Země velikosti mimo sluneční soustavu - a to není poslední, co uslyšíme o TRAPPIST-1.