Planety TRAPPIST-1 prawdopodobnie są bogate w wodę
Dodane przez jacek dnia 08/02/2018 20:33:57
slowaKluczowe Własności siedmiu planet TRAPPIST-1
Infografika prezentuje w tej samej skali główne własności siedmiu planet TRAPPIST-1 oraz czterech najbardziej wewnętrznych planet Układu Słonecznego.
Źródło:NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, T. Pyle (IPAC)
Nowe badania pokazują, że wszystkie siedem planet krążących wokół ultrachłodnego karła TRAPPIST-1 jest zbudowanych głównie ze skał, a część z nich może posiadać więcej wody niż Ziemia. Gęstości planet, które są teraz znane bardziej dokładnie niż do tej pory, sugerują, iż niektóre z nich mogą mieć do 5 procent masy w formie wody — około 250 razy więcej niż mają ziemskie oceany. Gorętsze planety bliżej swojej gwiazdy macierzystej przypuszczalnie mają gęste atmosfery z para wodną, a te bardziej odległe mogą mieć lodowe powierzchnie. Pod względem rozmiaru, gęstości i ilości promieniowania, które otrzymuje od gwiazdy, czwarta planeta jest najbardziej podobna do Ziemi. Wydaje się, że jest to najbardziej skalista planeta spośród wszystkich siedmiu i potencjalnie może posiadać ciekłą wodę.
Treść rozszerzona

Planety wokół słabej czerwonej gwiazdy TRAPPIST-1, zaledwie 40 lat świetlnych od Ziemi, zostały po raz pierwszy wykryte przez teleskop TRAPPIST-South w należącym do ESO Obserwatorium La Silla w 2016 r. W ciągu kolejnego roku dalsze obserwacje teleskopami naziemnymi, w tym należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopem (VLT) i należącym do NASA Kosmicznym Teleskopem Spitzera, ujawniły, że w systemie jest nie mniej niż siedem planet, każda o prawie takim samym rozmiarze, jak Ziemia. Noszą one nazwy TRAPPIST-1 b, c, d, e, f, g oraz h, w rosnącej kolejności od gwiazdy centralnej [1].

Obecnie wykonano kolejne obserwacje, zarówno teleskopami naziemnymi, w tym prawie ukończonym SPECULOOS w należącym do ESO Obserwatorium Paranal, jak i należącymi do NASA Kosmicznym Teleskopem Spitzera i Kosmicznym Teleskopem Keplera. Zespół naukowców, którym kierował Simon Grimm z Uniwersytetu Berneńskiego w Szwajcarii zastosował do wszystkich dostępnych danych bardzo złożone metody modelowania i ustalił, że gęstości planet z dużo lepszą precyzją niż do tej pory [2].

Simon Grimm wyjaśnia w jaki sposób ustalono masy: „Planety TRAPPIST-1 są tak blisko siebie, że interferują ze sobą grawitacyjnie, zatem czasy, w których przechodzą przed gwiazdą lekko się przesuwają. Przesunięta te zależą od mas planet, ich odległości i innych parametrów orbitalnych. Przy pomocy modelu komputerowego symulujemy orbity planet aż obliczone tranzyty zgodzą się z obserwowanymi wartościami i na tej podstawie ustalamy masy planet.”

slowaKluczowe Porównanie systemu TRAPPIST-1 i Układu Słonecznego
Infografika porównuje system planetarny TRAPPIST-1 z wewnętrzną częścią Układu Słonecznego i czterema galileuszowymi księżycami Jowisza.
Źródło:NASA/JPL-Caltech

Członek zespołu Eric Agol komentuje znaczenie uzyskanych wyników: „Celem badań egzoplanet od jakiegoś czasu jest określenie budowy planet podobnych rozmiarami i temperaturą do Ziemi. Odkrycie TRAPPIST-1 i możliwości aparatury ESO w Chile oraz należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a na orbicie uczyniły to możliwym — dając nam pierwsze spojrzenie na to z czego zbudowane są egzoplanety wielkości Ziemi!”

Pomiary gęstości, w połączeniu z modelami budowy planet, silnie sugerują, że siedem planet TRAPPIST-1 nie jest czysto skalistymi światami. Wydaje się, że zawierają znaczące ilości lotnego materiału, prawdopodobnie wody [3], w niektórych przypadkach do 5% masy planety — to olbrzymia ilość w porównaniu do Ziemi, na której woda stanowi zaledwie 0,02% masy!

„Gęstości, mimo że to istotne wskazówki związane z budową planet, nie mówią nic o zdatności do zamieszkania. Jednak nasze badania są ważnym krokiem w kierunku zbadania czy na planetach tych mogą być warunki umożliwiające życie” powiedział Brice-Olivier Demory, współautor z Uniwersytetu Berneńskiego.

Najbardziej wewnętrzne planety TRAPPIST-1b oraz c przypuszczalnie mają skaliste jądra i są otoczone przez atmosfery znacznie grubsze niż ziemska. Natomiast TRAPPIST-1d jest najlżejszą z planet w układzie, z masą około 30 procent masy Ziemi. Naukowcy nie są pewni czy posiada rozległą atmosferę, ocean, czy może warstwę lodu.

Astronomowie byli zaskoczeni, że TRAPPIST-1e jest jedyną planetą w systemie o nieco większej gęstości niż Ziemi, co sugeruje, że może mieć gęstsze żelazne jądro i niekoniecznie posiada grubą atmosferę, ocean lub warstwę lodu. Zagadkowe jest, że TRAPPIST-1e wydaje się być bardziej skalista w składzie niż reszta planet. Pod względem rozmiaru, gęstości i ilości promieniowania, które otrzymuje od gwiazdy, planeta ta jest najbardziej podobna do Ziemi.

TRAPPIST-1f, g oraz h są wystarczająco daleko od gwiazdy, aby woda mogła zamarznąć na ich powierzchniach. Jeżeli posiadają cienką atmosferę, raczej nie będą miały ciężkich cząsteczek, które znajdujemy na Ziemi, takich jak dwutlenek węgla.

„To ciekawe, że najgęstszymi planetami nie są te, które znajdują się najbliższej gwiazdy oraz że zimniejsze planety nie mogą posiadać grubych atmosfer” zauważa Caroline Dorn, współautorka badań pracująca na Uniwersytecie w Zurychu w Szwajcarii.

System TRAPPIST-1 będzie przyciągał uwagę dalszych skrupulatnych badań w przyszłości przy pomocy wielu urządzeń naziemnych i kosmicznych, w tym budowanego przez ESO  Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT) i budowanego przez NASA/ESA/CSA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Astronomowie ciężko pracują także nad kolejnymi planetami wokół słabych czerwonych gwiazd, takich jak TRAPPIST-1. Jak wyjaśnia członek zespołu Michaël Gillon [4]: “Uzyskany wynik podkreśla olbrzymie zainteresowanie eksplorowaniem pobliskich ultrachłodnych karłów — takich jak TRAPPIST-1 — w poszukiwaniu tranzytujących planet typu ziemskiego. Jest to dokładnie cel, jaki ma SPECULOOS, nasz nowy projekt poszukiwania egzoplanet, które wkrótce rozpocznie działanie w należącym do ESO Obserwatorium Paranal w Chile.”

Uwagi

[1] Planety zostały odkryte przy pomocy teleskopu TRAPPIST-South w należącym do ESO Obserwatorium La Silla w Chile; TRAPPIST-North w Maroko; Kosmicznego Teleskopu Spitzera (należącego do NASA), należącego do ESO instrumentu HAWK-I na Bardzo Dużym Teleskopie w Obserwatorium Paranal w Chile; 3,8-metrowego UKIRT na Hawajach; 2-metrowego teleskopu Liverpool i 4-metrowego Teleskopu Williama Herschela na La Palma na Wyspach Kanaryjskich oraz 1-metrowego teleskopu SAAO w RPA.

[2] Wyznaczanie gęstości egzoplanet nie jest łatwe. Trzeba poznać zarówno rozmiary planety, jak i jej masę. Planety TRAPPIST-1 odkryto używając metody tranzytów — szukając małych spadków jasności gwiazdy, gdy planet przechodzi przez jej dyskiem i blokuje trochę światła. Daje to dobre oszacowanie rozmiaru planety. Jednak zmierzenie masy obiektu jest trudniejsze — jeżeli nie występują inne efekty, to planety o różnych masach mogą mieć takie same orbity i nie ma bezpośredniego sposobu, aby je odróżnić. Istnieje jednak metoda dla systemów wieloplanetarnych — masywniejsze planet zaburzają orbity innych planet bardziej niż te o mniejszej masie. W efekcie wpływa to na momenty tranzytów. Grupa badawcza, którą kierował Simon Grimm, użyła tych skomplikowanych i bardzo subtelnych efektów do oszacowania najbardziej prawdopodobnych mas dla wszystkich siedmiu planet, opierając się na dużej ilości danych czasowych i bardzo wyszukanej analizie danych oraz modelowaniu.

[3] Użyte modele rozważają także alternatywne gazy, takie jak dwutlenek węgla. Jednak wyniki preferują wodę w postaci pary wodnej, cieczy lub lodu jako najbardziej prawdopodobny główny składnik materiału na powierzchniach planet, ponieważ woda jest najobficiej występującym źródłem substancji lotnych w dyskach protoplanetarnych o składzie podobnym do słonecznego.

[4] Teleskopy do przeglądów SPECULOOS są bliskie ukończenia w Obserwatorium Paranal.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt.: „The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets”, S. Grimm et al., który ukaże się w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Skład zespołu badawczego: Simon L. Grimm (University of Bern, Center for Space and Habitability, Berno, Szwajcaria) , Brice-Olivier Demory (University of Bern, Center for Space and Habitability, Berno, Szwajcaria), Michaël Gillon (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Caroline Dorn (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Switzerland; University of Zurich, Institute of Computational Sciences, Zurich, Szwajcaria), Eric Agol (University of Washington, Seattle, Washington, USA; NASA Astrobiology Institute’s Virtual Planetary Laboratory, Seattle, Washington, USA; Institut d’Astrophysique de Paris, Paryż, Francja), Artem Burdanov (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Laetitia Delrez (Cavendish Laboratory, Cambridge, Wielka Brytania; Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Marko Sestovic (University of Bern, Center for Space and Habitability, Berno, Szwajcaria), Amaury H.M.J. Triaud (Institute of Astronomy, Cambridge, Wielka Brytania; University of Birmingham, Birmingham, Wielka Brytania), Martin Turbet (Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Paryż, Francja), Émeline Bolmont (Université Paris Diderot, AIM, Sorbonne Paris Cité, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, France), Anthony Caldas (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francja), Julien de Wit (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), Emmanuël Jehin (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Jérémy Leconte (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francja), Sean N. Raymond (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francja), Valérie Van Grootel (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Adam J. Burgasser (Center for Astrophysics and Space Science, University of California San Diego, La Jolla, California, USA), Sean Carey (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Daniel Fabrycky (Department of Astronomy and Astrophysics, Univ. of Chicago, Chicago, Illinois, USA), Kevin Heng (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Switzerland), David M. Hernandez (Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), James G. Ingalls (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Susan Lederer (NASA Johnson Space Center, Houston, Texas, USA), Franck Selsis (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, France) and Didier Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Linki

Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii