В феврале 2017 года ученые НАСА объявили о существовании семи наземных (то есть каменистых) планет в звездной системе TRAPPIST-1. С тех пор система была центром интенсивных исследований, чтобы определить, может ли какая-либо из этих планет быть пригодной для жизни. В то же время астрономы задаются вопросом, действительно ли все планеты системы учтены.
Например, может ли эта система иметь газовых гигантов, скрывающихся в ее внешних пределах, как это делают многие другие системы со скалистыми планетами (например, наша)? Это был вопрос, который команда ученых во главе с исследователями из Института науки Карнеги пыталась решить в недавнем исследовании. Согласно их результатам, TRAPPIST-1 может вращаться вокруг газовых гигантов на гораздо большем расстоянии, чем его семь каменистых планет.
Исследование, озаглавленное «Астрометрические ограничения на массах длиннопериодных газовых гигантов в планетарной системе TRAPPIST-1», недавно появилось в Астрономический журнал, Как они указывают в своем исследовании, команда опиралась на последующие наблюдения, сделанные на TRAPPIST-1 в течение пяти лет (с 2011 по 2016 год) с использованием телескопа du Pont в обсерватории Las Campanas в Чили.
Используя эти наблюдения, они пытались определить, могут ли TRAPPIST-1 иметь ранее не обнаруженные газовые гиганты, вращающиеся вокруг внешних границ системы. Как доктор Алан Босс - астрофизик и планетолог из отдела земного магнетизма Института Карнеги и ведущий автор статьи - объяснил в заявлении для прессы Карнеги:
«Ряд других звездных систем, которые включают планеты размером с Землю и суперземли, также являются домом по крайней мере для одного газового гиганта. Поэтому вопрос о том, есть ли у этих семи планет родные братья-гиганты с более длинными периодами орбит, является важным вопросом »
В течение многих лет Босс проводил исследование охоты на экзопланеты с соавторами исследования - Алисией Дж. Вайнбергер, Яном Б. Томпсоном и соавт. - известный как Поиск Астрометрической Планеты Карнеги. Этот обзор основан на поисковой камере астрономических планет Карнеги (CAPSCam), инструменте на телескопе дю Пон, который ищет внесолнечные планеты с использованием астрометрического метода.
Этот косвенный метод охоты на экзопланеты определяет присутствие планет вокруг звезды путем измерения колебания этой звезды-хозяина вокруг центра масс системы (он же ее барицентр). Используя CAPSCam, Босс и его коллеги опирались на несколько лет наблюдений TRAPPIST-1, чтобы определить верхние пределы массы для любых потенциальных газовых гигантов, вращающихся вокруг системы.
Исходя из этого, они пришли к выводу, что планеты с массой до 4,6 Юпитера могут вращаться вокруг звезды с периодом в год. Кроме того, они обнаружили, что планеты с массой до 1,6 Юпитера могут вращаться вокруг звезды с 5-летними периодами. Другими словами, возможно, что TRAPPIST-1 имеет несколько длиннопериодных газовых гигантов, вращающихся вокруг его внешних границ, во многом таким же образом, как длиннопериодные газовые гиганты существуют за пределами орбиты Марса в Солнечной системе.
Если это правда, существование этих гигантских планет может разрешить продолжающиеся дебаты о формировании газовых гигантов Солнечной системы. В соответствии с наиболее широко принятой теорией о формировании Солнечной системы (то есть туманности), Солнце и планеты родились из туманности из газа и пыли. После того, как это облако испытало гравитационный коллапс в центре, образовав Солнце, оставшаяся пыль и газ слились в окружающий его диск.
Земля и другие земные планеты (Меркурий, Венера и Марс) все сформировались ближе к Солнцу из-за скопления силикатных минералов и металлов. Что касается газовых гигантов, существует несколько конкурирующих теорий относительно того, как они образовались. В одном сценарии, известном как Теория Ядра Аккреции, газовые гиганты также начали аккрецироваться от твердых материалов (образующих твердое ядро), которые стали достаточно большими, чтобы привлечь оболочку окружающего газа.
Конкурентное объяснение - известное как теория нестабильности диска - утверждает, что они образовались, когда диск из газа и пыли принял форму спирального рукава (подобно галактике). Затем эти руки начали увеличиваться в массе и плотности, образуя комки, которые быстро объединялись, чтобы сформировать маленьких газовых гигантов. Используя вычислительные модели, Босс и его коллеги рассмотрели обе теории, чтобы увидеть, могут ли газовые гиганты образоваться вокруг звезды с малой массой, такой как TRAPPIST-1.
В то время как Core Accretion маловероятно, теория нестабильности диска указала, что газовые гиганты могут образовываться вокруг TRAPPIST-1 и других маломассивных звезд красных карликов. Таким образом, это исследование обеспечивает теоретическую основу для существования газовых гигантов в звездных системах красных карликов, которые, как известно, уже имеют каменистые планеты. Это, безусловно, обнадеживающие новости для охотников за экзопланетами, учитывая, что в последнее время было обнаружено множество каменистых планет, вращающихся вокруг красных карликов.
Помимо TRAPPIST-1, они включают в себя ближайшую экзопланету к Солнечной системе (Проксима b), а также LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b и Gliese 682c. Но, как также отметил Босс, это исследование все еще находится в зачаточном состоянии, и необходимо провести гораздо больше исследований и обсуждений, прежде чем можно будет что-либо сказать окончательно. К счастью, такие исследования помогают открыть двери для таких исследований и дискуссий.
«Планеты газовых гигантов, обнаруженные на длиннопериодических орбитах вокруг TRAPPIST-1, могут поставить под сомнение основную теорию аккреции, но не обязательно теорию нестабильности диска», - сказал Босс. «Существует много места для дальнейших исследований между орбитами с большим периодом, которые мы здесь изучали, и очень короткими орбитами семи известных планет TRAPPIST-1».
Босс и его команда также утверждают, что продолжающиеся наблюдения с CAPSCam и дальнейшие уточнения в ее конвейере анализа данных будут либо обнаруживать какие-либо планеты с длительным периодом, либо накладывать еще более жесткие ограничения на их верхние пределы массы. И, конечно же, развертывание инфракрасных телескопов следующего поколения, таких как космический телескоп Джеймса Вебба, поможет в охоте на газовых гигантов вокруг звезд красных карликов.
