Planety TRAPPIST-1 mogą mieć więcej wody niż Ziemia

Najnowsze badania pozwoliły naukowcom lepiej określić własności siedmiu planet wielkości Ziemi w układzie TRAPPIST-1. Wszystkie są skaliste, a na części z nich może występować nawet więcej wody niż na Ziemi - poinformowały Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) oraz NASA.

TRAPPIST-1 to system z planetami wielkości Ziemi okrążającymi bardzo chłodnego czerwonego karła. Znajduje się 40 lat świetlnych od Ziemi. O istnieniu siedmiu planet w tym układzie wiemy od 22 lutego 2017 r., kiedy to naukowcy ogłosili sensacyjne odkrycie (przy czym pierwsze trzy planety zaobserwowano w 2015 r., co ogłoszono w 2016 r.). Od tamtej pory badacze starają się lepiej poznać światy okrążające gwiazdę TRAPPIST-1, a najnowsze doniesienia są bardzo obiecujące.

Najnowsze badania prowadzono teleskopami naziemnymi, w tym będącym na ukończeniu SPECULOOS w Obserwatorium Paranal w Chile (placówka ta wchodzi w skład ESO), a także instrumentami znajdującymi się w kosmosie: Kosmicznym Teleskopem Spitzera i Kosmicznym Teleskopem Keplera (to z kolei instrumenty należące do NASA). Badania te prowadził międzynarodowy zespół naukowców, którym kierował Simon Grimm z Uniwersytetu Berneńskiego w Szwajcarii.

Do wszystkich dostępnych danych obserwacyjnych dotyczących TRAPPIST-1 badacze zastosowali skomplikowane metody modelowania i udało im się ustalić gęstości obiektów z dużo lepszą dokładnością niż do tej pory. Naukowcy wykorzystali to, że orbity planet w systemie TRAPPIST-1 są bardzo ciasno ułożone, więc planety mocno oddziałują ze sobą, wpływając na czasy momentów tranzytów (obserwowanych z Ziemi przejść planety przed gwiazdą skutkujących niewielkim, chwilowym osłabieniem blasku gwiazdy). Przy pomocy modelowania komputerowego symulowali orbity planet tak długo, aż wyliczone w ten sposób tranzyty były zgodne z danymi obserwacyjnymi. W ten sposób udało się ustalić masy planet.

Warto wspomnień, że o ile rozmiary planet były znane do tej pory dość dokładnie (z błędem około 5%), to masy miały zdecydowanie większe niepewności, co skutkowało niepewnością w wyznaczaniu gęstości obiektów na poziomie od 28% do nawet 95%. Mając nowe, dokładniejsze wyznaczenia masy, naukowcom udało się ustalić gęstości planet z dokładnością od 5% do 12%.

Nowe dane na temat gęstości, w połączeniu z modelami budowy planet, silnie sugerują, że wszystkie siedem planet w systemie TRAPPIST-1 nie składa się wyłącznie ze skał. Przypuszczalnie mają też sporo lotnego materiału, którym jest najprawdopodobniej woda. Dla części planet woda może stanowić nawet 5% masy obiektu, a to dużo więcej niż na Ziemi, 250 razy tyle co masa całej wody w ziemskich oceanach!

Jak przedstawiają się wyniki badań dla poszczególnych planet? Dwie najbardziej wewnętrzne, TRAPPIST 1b i 1c, posiadają prawdopodobnie skaliste jądra, które są otoczone przez grube atmosfery, grubsze niż ziemska. Z kolei TRAPPIST 1d jest najmniej masywna w układzie (około 0,3 masy Ziemi) i naukowcy nie mają pewności czy posiada rozległą atmosferę, ocean, czy może warstwę lodu.

Pod względem ilości promieniowania otrzymywanego od gwiazdy, rozmiaru oraz gęstości, najbardziej podobna do Ziemi jest TRAPPIST 1e. Przy czym jako jedyna w układzie ma gęstość nieco większą niż nasza planeta. Na tej podstawie naukowcy wnioskują, że może mieć gęste żelazne jądro, ale niekoniecznie jest tam atmosfera, ocean lub warstwy lodu.

Najdalsze planety TRAPPIST-1 f, g oraz h są na tyle odległe od swojej gwiazdy, aby ewentualna woda na ich powierzchni była zamarznięta. Jeśli posiadają atmosfery, to cienkie i raczej bez ciężkich cząsteczek (np. bez dwutlenku węgla).

To trochę zaskakująca sytuacja, przynajmniej jeżeli byśmy dokonali porównania do Układu Słonecznego. Caroline Dorn, współautorka badań pracująca na Uniwersytecie w Zurychu w Szwajcarii właśnie w tym kontekście wskazuje, że najgętszymi planetami w systemie TRAPPIST-1 wcale nie są te, które znajdują się najbliżej gwiazdy, a zimniejsze planety wcale nie posiadają grubych atmosfer.

Wyniki badań opisano w artykule, który ukazał się w czasopiśmie "Astronomy & Astrophysics".

Artystyczna wizualizacja planet w układzie TRAPPIST-1 w porównaniu z Ziemią. Zachowano skalę wielkości pomiędzy planetami. Źródło: ESO/M. Kornmesser .

Diagram pokazuje rozmiary, masy i szacowane temperatury planet TRAPPIST-1 w porównaniu do planet Układu Słonecznego. Kolory wskazują temperatury, a czarne linie odpowiadają gęstościom i składowi planet typu ziemskiego w Układzie Słonecznym. Planety powyżej linii są mniej gęste, a te poniżej są bardziej gęste. Źródło: ESO/S. Grimm et al.

Diagram porównuje masy i energię otrzymywaną od gwiazdy dla planet TRAPPIST-1 i wielu innych egzoplanet, a także dla kilku planet w Układzie Słonecznym. Źródło: ESO/S. Grimm et al.

Infografika prezentuje w tej samej skali główne własności siedmiu planet TRAPPIST-1 oraz czterech najbardziej wewnętrznych planet Układu Słonecznego. Źródło: NASA/JPL.

Diagram porównuje masy i energię otrzymywaną przez siedem planet TRAPPIST-1 w odniesieniu do własności czterech najbardziej wewnętrznych planet Układu Słonecznego. Źródło: NASA/JPL.

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

 

ESOcast 150 Light o najnowszych wynikach badań układu TRAPPIST-1

Astronarium nr 36 o systemie planetarnym TRAPPIST-1

Więcej informacji:

Źródło: ESO / NASA