Planet TRAPPIST-1 memberi petunjuk kepada dunia yang dapat dihuni

Imej melalui Arizona State University.

Oleh Karin Valentine / Universiti Negeri Arizona

TRAPPIST-1 adalah bintang kerdil merah ultra-sejuk yang sedikit lebih besar, tetapi lebih besar daripada planet Jupiter, yang terletak kira-kira 40 tahun cahaya dari matahari dalam buruj Aquarius.

Di antara sistem planet, TRAPPIST-1 mempunyai minat khusus kerana tujuh planet telah dikesan mengarahkan bintang ini, sebilangan besar planet daripada yang telah dikesan di mana-mana sistem exoplanet lain. Di samping itu, semua planet TRAPPIST-1 adalah bersaiz Bumi dan daratan, menjadikan mereka fokus kajian yang ideal untuk pembentukan planet dan potensi habitat.

Para saintis Universiti Negeri Arizona (ASU) Cayman Unterborn, Steven Desch dan Alejandro Lorenzo dari Sekolah Bumi dan Penerokaan Angkasa, dengan Natalie Hinkel dari Vanderbilt University, telah mengkaji planet-planet ini untuk kebiasaan, khusus berkaitan dengan komposisi air. Penemuan mereka diterbitkan pada 19 Mac, 2018, dalam Astronomi Alam .

Pengiraan sama dengan air

Planet-planet TRAPPIST-1 adalah amat cerah. Dari jisim dan volum yang diukur, semua planet sistem ini kurang padat daripada batu. Pada banyak lagi, dunia berkepadatan rendah juga, dianggap bahawa komponen kurang padat ini terdiri daripada gas atmosfera. Geoscientist Unterborn menjelaskan:

Tetapi planet TRAPPIST-1 terlalu kecil secara besar-besaran untuk menahan gas yang mencukupi untuk membentuk defisit ketumpatan. Sekalipun mereka mampu menahan gas, jumlah yang diperlukan untuk menampung defisit ketumpatan akan menjadikan planet ini lebih lembap daripada yang kita lihat.

Oleh itu saintis yang mempelajari sistem planet ini telah menentukan bahawa komponen berkepadatan rendah mestilah sesuatu yang berlimpah: air. Ini telah diramalkan sebelum ini, dan mungkin juga dilihat di planet-planet yang lebih besar seperti GJ1214b, jadi pasukan ASD-Vanderbilt yang disiplin yang terdiri daripada pakar geosains dan astrophysicists, yang menentukan untuk menentukan berapa banyak air yang dapat hadir di planet berukuran Bumi ini dan bagaimana di mana planet-planet mungkin terbentuk.

Tetapi berapa banyak yang ada?

Untuk menentukan komposisi planet TRAPPIST-1, pasukan menggunakan pakej perisian unik yang dibangunkan oleh Unterborn dan Lorenzo, yang menggunakan kalkulator fizik mineral terkini. Perisian, yang dipanggil ExoPlex, membenarkan pasukan untuk menggabungkan semua maklumat yang ada mengenai sistem TRAPPIST-1, termasuk solek kimia bintang, dan bukan hanya terhad kepada jisim dan jejari planet-planet individu.

Kebanyakan data yang digunakan oleh pasukan untuk menentukan komposisi dikumpulkan dari satu kumpulan data yang dipanggil Katalog Hypatia, yang dibangunkan oleh penyumbang Hinkel. Katalog ini menyatukan data mengenai banyak bintang bintang di dekat matahari kita, dari lebih 150 sumber sastera, ke repositori besar-besaran.

Apa yang mereka dapati melalui analisis mereka ialah planet dalaman yang "kering" ("b" dan "c") adalah konsisten dengan kurang daripada 15 peratus air secara massal (untuk perbandingan, Bumi ialah 0.02 peratus air secara massal). Planet luar ("f" dan "g") adalah konsisten dengan mempunyai lebih daripada 50 peratus air secara massal. Ini sama dengan air beratus-ratus Bumi-lautan. Masya-rama planet-planet TRAPPIST-1 terus diperbaiki, jadi proporsi ini harus dianggap perkiraan untuk saat ini, tetapi tren umum tampak jelas. Steven Desch, ahli astrofizik ASU dan penyumbang, berkata:

Apa yang kita lihat buat kali pertama adalah planet berukuran Bumi yang mempunyai banyak air atau ais di atasnya.

Tetapi para penyelidik juga mendapati bahawa planet-planet TRAPPIST-1 yang kaya dengan ais lebih dekat dengan bintang tuan rumah mereka daripada garis ais. "Barisan ais" dalam mana-mana sistem suria, termasuk TRAPPIST-1, adalah jarak dari bintang di luar yang ada air sebagai ais dan boleh ditambatkan ke dalam sebuah planet; Di dalam air ais ais wujud sebagai wap dan tidak akan bertambah. Melalui analisis mereka, pasukan menentukan bahawa planet TRAPPIST-1 mestilah terbentuk lebih jauh dari bintang mereka, di luar garis ais, dan bermigrasi ke orbit semasa mereka dekat dengan bintang tuan rumah.

Terdapat banyak petunjuk bahawa planet dalam sistem ini dan yang lain telah mengalami penghijrahan masuk ke dalam, tetapi kajian ini adalah yang pertama menggunakan komposisi untuk meningkatkan kes penghijrahan. Lebih-lebih lagi, mengetahui planet mana yang dibentuk di dalam dan di luar garisan ais membolehkan pasukan mengukur buat kali pertama berapa banyak penghijrahan berlaku.

Kerana bintang-bintang seperti TRAPPIST-1 adalah hak paling terang selepas mereka membentuk dan secara beransur-ansur reda selepas itu, garisan ais cenderung bergerak dari masa ke masa, seperti sempadan antara tanah kering dan tanah yang ditutup salji di sekitar api api yang mati di malam salji. Jarak yang tepat planet-planet yang berhijrah ke dalam bergantung kepada apabila mereka terbentuk. Desch berkata:

Awalnya planet-planet terbentuk, lebih jauh dari bintang yang mereka perlu terbentuk untuk mempunyai banyak ais.

Tetapi untuk andaian yang munasabah tentang berapa lama planet dibentuk, planet-planet TRAPPIST-1 mestilah bermigrasi ke dalam dari sekurang-kurangnya dua kali sejauh yang sekarang.

Grafik ini menunjukkan jarak permulaan minimum dari planet-planet TRAPPIST-1 yang kaya dengan ais (terutamanya f dan g) dari bintang mereka (paksi mendatar) sebagai fungsi seberapa cepat mereka terbentuk selepas bintang tuan rumah mereka dilahirkan (paksi menegak). Garis biru mewakili model di mana air mengalir ke ais pada 170 K [-153 Fahrenheit, -103 Celcius], seperti dalam cakera pembentukan planet solar kita. Garis merah itu terpakai kepada air memeluwap ke ais di 212 K [-78 F, -61 C], sesuai dengan cakera TRAPPIST-1. Sekiranya planet dibentuk dengan cepat, mereka mesti terbentuk lebih jauh (dan berhijrah ke jarak yang jauh) untuk mengandungi ais yang penting. Kerana TRAPPIST-1 reda dari masa ke masa, jika planet dibentuk kemudian, mereka boleh membentuk lebih dekat dengan bintang tuan rumah dan masih kaya dengan ais.

Terlalu banyak perkara yang baik

Menariknya, sewaktu kita memikirkan air yang penting untuk kehidupan, planet TRAPPIST-1 mungkin mempunyai terlalu banyak air untuk menyokong kehidupan. Hinkel menjelaskan:

Kami biasanya berfikir mempunyai air cecair di planet sebagai cara untuk memulakan kehidupan, kerana kehidupan, seperti yang kita tahu di Bumi, terdiri daripada kebanyakan air dan memerlukannya untuk hidup. Walau bagaimanapun, planet yang merupakan dunia air, atau yang tidak mempunyai permukaan di atas air, tidak mempunyai kitaran geokimia atau unsur penting yang sangat diperlukan untuk kehidupan.

Akhirnya, ini bermakna bahawa walaupun bintang M-kurcaci, seperti TRAPPIST-1, adalah bintang-bintang yang paling biasa di alam semesta (dan walaupun mungkin ada planet yang mengorbit bintang-bintang ini), jumlah besar air yang mereka miliki menjadikannya tidak menguntungkan untuk hidup wujud, terutamanya kehidupan yang mencukupi untuk menghasilkan isyarat yang boleh dikesan di atmosfera yang boleh dipatuhi. Hinkel berkata:

Ini senario klasik "terlalu banyak perkara yang baik."

Jadi, walaupun kita tidak dapat mencari bukti kehidupan di planet-planet TRAPPIST-1, melalui penyelidikan ini, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana bentuk planet berais dan apa jenis bintang dan planet yang perlu kita cari dalam lanjutan kita mencari kehidupan.

Bottom line: Semua 7 planet TRAPPIST-1 adalah bersaiz bumi dan daratan, menjadikannya fokus kajian yang ideal untuk pembentukan planet dan potensi habitat.