Исследования рассказывают больше о планетах системы TRAPPIST-1

Ряд из четырех исследований пролил новый свет на свойства планетарной системы TRAPPIST-1, в настоящее время это наша самая большая надежда для доказательства существования биологической жизни за пределами Солнечной системы.

Новые исследования, в том числе опубликованные в Nature Astronomy и Astronomy and Astrophysics, являются результатом усилий ученых, которые работают над лучшей характеристикой планет и собирают больше информации о них.

Международная команда исследователей сначала уточнила свойства звезды в центре системы и, во-вторых, улучшила измерения радиусов планет. Третье исследование предлагает лучшие оценки, чем когда-либо, для масс планет, в то время как в четвертом исследовании команда выполняла наблюдения атмосфер планет.

Четыре международных исследования были подготовлены в сотрудничестве с астрономическим университетом Бирмингема д-ром Амориу Триаудом. Он объясняет: «Узнав эту невероятную планетарную систему, наша команда очень хотела узнать больше о TRAPPIST-1. Через год мы сообщаем о наших результатах. Благодаря нашим усилиям планеты системы TRAPPIST-1 становятся наиболее изученными мирами за пределами Солнечной системы.»

Команда обнаружила, что все семь планет в основном каменистые, причем до 5 процентов их массы сосредоточено в воде — значительная величина. Для сравнения, океаны нашей планеты составляют лишь 0,02 процента массы нашей планеты.

Кроме того, у пяти планет системы в атмосфере не присутствует водород и гелий, как у Нептуна или Урана. Эта новая информация усиливает представление о том, что семь планет TRAPPIST-1 во многом похожи на каменистые миры Солнечной системы.

Форма, в которой вода находится на планетах TRAPPIST-1, будет зависеть от количества тепла, которое они получают от своей звезды.

Считается,  что все семь планет обладают умеренным климатом, что означает, что при определенных геологических и атмосферных параметрах все они могут обладать условиями, позволяющими воде оставаться жидкой. Команда ученых теперь пытается определить, какая из этих умеренных планет, скорее всего, пригодна для жизни.

Из семи планет, TRAPPIST-1e, четвертая планета от звезды, в настоящее время наиболее похожа на Землю, хотя многое еще предстоит выяснить, особенно условия на поверхности, и точный состав атмосферы.

Д-р Триауд продолжает: «Когда мы объединяем наши новые знания о массе с нашими улучшенными измерениями радиусов и улучшаем знание относительно звезды этой системы, мы получаем точные значения плотности для каждого из семи миров и получаем информацию о их внутреннем составе. Все семь планет очень напоминают Меркурий , Венера, нашу Землю, её Луна и Марс».

Профессор Брайс-Оливье Демори, из Бернского университета, добавил: «Плотности, сами по себе, ничего не говорят о пригодности планет для жизни. Однако наше исследование является важным шагом вперед по мере того, как мы продолжаем изучать, могут ли эти планеты поддерживать жизнь».

Тщательные измерения ученых не нашли доказательств существования атмосферы с преобладанием водорода на планетах TRAPPIST-1d, e и f (b и c были сделаны в прошлом году), хотя нельзя исключить атмосферу с преобладанием водорода для планеты g. Однако до сих пор собранные данные не могут подтвердить, имеют ли планеты атмосферы, похожие на Венеру или Землю. Эта идентификация будет проводиться с помощью новых наблюдений.

«Хаббл выполняет предварительную разведывательную работу, чтобы астрономы, использующие в скором будущем телескоп Webb, знали, с чего им начать», — сказал Никол Льюис из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд. «Устранение одного из возможных сценариев создания этих атмосфер позволяет астрономам телескопа Джеймса Вэбба планировать свои программы наблюдений для поиска других возможных сценариев состава этих атмосфер».

Что такое TRAPPIST-1?

TRAPPIST-1 назван в честь транзитных планет и планетарных телескопов (TRAPPIST) в Чили, где обнаружены две из семи планет, о которых мы знаем сегодня, анонсированных в 2016 году. Космический телескоп Спитцер в сотрудничестве с наземными телескопами подтвердил эти планеты и обнаружил остальные пять планет в системе. С тех пор космический телескоп NASA Kepler также наблюдал систему TRAPPIST-1, а Спитцер собирал дополнительные данные. Этот новый массив данных помог команде построить более четкую картину системы, чем когда-либо прежде, хотя еще многое предстоит узнать о TRAPPIST-1.

Планеты системы TRAPPIST-1 находятся так близко друг к другу, что человек, стоящий на поверхности одного из этих миров, будет иметь захватывающий вид на соседние планеты на небе, которые иногда будут оказываются больше, чем Луна с Земли. Хотя планеты расположены ближе к их звезде, чем Меркурий от Солнца, TRAPPIST-1 — такая холодная звезда, что ее планеты могут обладать умеренным климатом. Этот красный карлик возрастом примерно 7,6 млрд. лет весит примерно как 84 Юпитера, а его светимость в 1900 раз меньше светимости Солнца.

Какими могут быть эти планеты?

Пока невозможно точно узнать, как выглядит каждая планета, потому что они находятся далеко от нас, на расстоянии 39,5 световых лет. В нашей собственной солнечной системе Луна и Марс имеют почти одинаковую плотность, но их поверхности кажутся совершенно разными.

Основываясь на имеющихся данных, вот лучшие догадки ученых о этих планетах:

TRAPPIST-1b, самая внутренняя планета, вероятно, будет иметь скалистое ядро, окруженное атмосферой, намного более плотной, чем Земля. TRAPPIST-1c также, вероятно, имеет скалистый рельеф, но с более тонкой атмосферой, чем планета b. TRAPPIST-1d — самая легкая из планет — с массой около 30 процентов массы Земли. Ученые не уверены, имеет ли она большую атмосферу, океан или ледяной слой.

TRAPPIST-1e — планета немного более плотная, чем Земля, предполагаются, что она может иметь более плотное железное ядро, чем наша родная планета. Как и TRAPPIST-1c, она не обязательно должна имеет плотную атмосферу, океан или слой льда. TRAPPIST-1e  ярче, чем остальные планеты системы. По размеру, плотности и количеству излучения, которое она получает от своей звезды, это самая похожая планета на Землю.

Планеты TRAPPIST-1f, g и h достаточно далеко от звезды-хозяина, так что вода может присутствовать на их поверхностях в виде льда. Если они имеют тонкую атмосферу, они вряд ли будут содержать тяжелые молекулы, такие как углекислый газ.

Откуда мы знаем?

Ученые способны вычислять плотности планет, потому что они выстраиваются так, что, когда они проходят перед их звездой, наши телескопы на Земле и в космическом пространстве обнаруживают затемнение света звезды. Это называется транзитом. Величина, при которой звездный свет тускнеет, связана с радиусом планеты.

Чтобы получить плотность, ученые используют преимущества так называемых «вариаций времени транзита».

Если бы на транзитной планете не было других гравитационных сил, она всегда обращалась бы вокруг своей звезды за одинаковое время, например, Земля делает один оборот вокруг Солнца за 365 дней, и именно так мы определяем один год. Но поскольку планеты TRAPPIST-1 находятся близко друг к другу, они меняют время оборота «друг друга» вокруг звезды. Эти изменения орбитального времени используются для оценки масс планет. Затем для вычисления плотности используются масса и радиус.

Следующие шаги

Следующим шагом в исследовании системы TRAPPIST-1 станет космический телескоп Джеймс Уэбб, который сможет углубиться в вопрос о том, имеют ли эти планеты атмосферу и, если да, то, что представляют собой эти атмосферы, и позволяют ли они условиям на поверхности иметь жидкую воду.