В феврале 2017 года мир был поражен, узнав, что астрономы - используя данные телескопа TRAPPIST в Чили и космического телескопа Spitzer - определили систему из семи скалистых экзопланет в системе TRAPPIST-1. Как будто это не было достаточно обнадеживающим для энтузиастов экзопланет, было также указано, что три из семи планет вращаются в околозвездной обитаемой зоне звезд (также известной как «Зона Златовласки»).
С тех пор эта система была объектом значительных исследований и последующих исследований, чтобы определить, пригодна ли для обитания какая-либо из ее планет. Сущностью этих исследований был вопрос, имеют ли планеты жидкую воду на своих поверхностях. Но согласно новому исследованию, проведенному группой американских астрономов, планеты TRAPPIST могут иметь слишком много воды, чтобы поддерживать жизнь.
Исследование, озаглавленное «Внутренняя миграция планет TRAPPIST-1, выведенная из их богатых водой композиций», недавно появилось в журнале. Природа Астрономия. Исследование было проведено Кейманом Т. Унтерборном, геологом из Школы исследования Земли и космоса (SESE), и включало в себя Стивена Дж. Деш, Алехандро Лоренцо (также из SESE) и Натали Р. Хинкель - астрофизиков из Университета Вандербильта Нэшвилл.
Как уже отмечалось, было проведено множество исследований, целью которых было определить, пригодна ли какая-либо из планет TRAPPIST-1 для обитания. И хотя некоторые подчеркивали, что они не смогут долго удерживать свою атмосферу из-за того, что они вращаются вокруг звезды, которая является переменной и склонной к вспышкам (как все красные карлики), другие исследования нашли доказательства того, что система могла быть богатым на воду и идеально подходящим для замены жизни.
Ради своего исследования команда использовала данные предыдущих исследований, которые пытались наложить ограничения на массу и диаметр планет TRAPPIST-1 для расчета их плотности. Многое из этого получено из набора данных, называемого Каталогом Hypatia (разработанный автором Хинкелем), который объединяет данные из более чем 150 литературных источников для определения звездного изобилия звезд вблизи нашего Солнца.
Используя эти данные, команда построила модели состава массы-радиуса, чтобы определить изменчивое содержание каждой из планет TRAPPIST-1. Они заметили, что планеты TRAPPIST традиционно легки для скалистых тел, что указывает на высокое содержание летучих элементов (таких как вода). В аналогичных мирах с низкой плотностью обычно считается, что летучий компонент принимает форму атмосферных газов.
Но, как объяснил Унтерборн в недавней новостной статье SESE, планеты TRAPPIST-1 - это другое дело:
«[T] Планеты TRAPPIST-1 слишком малы по массе, чтобы удерживать достаточно газа, чтобы восполнить дефицит плотности. Даже если бы они смогли удержать газ, количество, необходимое для восполнения дефицита плотности, сделало бы планету намного более чистой, чем мы видим ».
Из-за этого Унтерборн и его коллеги определили, что компонентом низкой плотности в этой планетарной системе должна быть вода. Чтобы определить, сколько воды было, команда использовала уникальный программный пакет, разработанный как ExoPlex. В этом программном обеспечении используются современные калькуляторы по физике минералов, которые позволили команде объединить всю доступную информацию о системе TRAPPIST-1, а не только массу и радиус отдельных планет.
Они обнаружили, что внутренние планеты (б а также с) были «более сухими» - имея менее 15% воды по массе - в то время как внешние планеты (е а также г) было более 50% воды по массе. Для сравнения, у Земли есть только 0,02% воды по массе, что означает, что эти миры имеют эквивалент сотен океанов размером с Землю в их объеме. По сути, это означает, что планеты TRAPPIST-1 могут иметь слишком много воды, чтобы поддерживать жизнь. Как объяснил Хинкель:
«Обычно мы думаем, что наличие жидкой воды на планете - это способ начать жизнь, поскольку жизнь, как мы ее знаем на Земле, состоит в основном из воды и требует, чтобы она существовала. Однако планета, которая является водным миром или не имеет поверхности над водой, не имеет важных геохимических или элементных циклов, которые абсолютно необходимы для жизни ».
Эти результаты не сулят ничего хорошего для тех, кто считает, что звезды М-типа являются наиболее вероятным местом обитания планет в нашей галактике. Красные карлики - это не только самый распространенный тип звезд во Вселенной, на долю которых приходится 75% звезд только в Галактике Млечный Путь; было обнаружено, что некоторые из них, которые находятся относительно близко к нашей Солнечной системе, имеют одну или несколько каменистых планет, вращающихся вокруг них.
Помимо TRAPPIST-1, они включают суперземли, обнаруженные вокруг LHS 1140 и GJ 625, три скалистые планеты, обнаруженные вокруг Gliese 667, и Proxima b - ближайшая экзопланета к нашей Солнечной системе. Кроме того, исследование, проведенное с использованием спектрографа HARPS в Обсерватории Ла Силла ESO в 2012 году, показало, что могут быть миллиарды скалистых планет, вращающихся в пределах обитаемых зон звезд красных карликов в Млечном Пути.
К сожалению, эти последние данные показывают, что планеты системы TRAPPIST-1 не благоприятны для жизни. Более того, вероятно, на них не хватит жизни, чтобы производить биосигнатуры, которые можно было бы наблюдать в их атмосфере. Кроме того, команда также пришла к выводу, что планеты TRAPPIST-1 должны были сформироваться отцом от своей звезды и со временем мигрировать внутрь.
Это было основано на том факте, что богатые льдом планеты TRAPPIST-1 были гораздо ближе к соответствующей «ледяной линии» их звезд, чем более сухие. В любой солнечной системе планеты, лежащие в пределах этой линии, будут каменистыми, поскольку их вода будет испаряться или конденсироваться, образуя океаны на их поверхностях (если присутствует достаточная атмосфера). За этой линией вода примет форму льда и может быть аккрецирована для формирования планет.
На основании проведенного анализа команда определила, что планеты TRAPPIST-1 должны были сформироваться за пределами ледяной линии и мигрировать к своей главной звезде, чтобы принять их текущие орбиты. Однако, поскольку известно, что звезды М-типа (красный карлик) являются самыми яркими после первой формы и тускнеют со временем, ледяная линия также сместилась бы внутрь. Как объяснил соавтор Стивен Деш, то, насколько далеко мигрировали планеты, будет зависеть от того, когда они сформировались.
«Чем раньше сформировались планеты, тем дальше от звезды, которую они должны были сформировать, было столько льда», - сказал он. Основываясь на том, сколько времени требуется для формирования каменистых планет, команда определила, что планеты, должно быть, изначально были вдвое дальше от своей звезды, чем сейчас. Хотя есть и другие признаки того, что планеты в этой системе мигрировали со временем, это исследование является первым, чтобы количественно оценить миграцию и использовать данные состава для ее отображения.
Это исследование не первое, что указывает на то, что планеты, вращающиеся вокруг звезд красных карликов, на самом деле могут быть «водными мирами», что означает, что скалистые планеты с континентами на их поверхности являются относительно редкой вещью. В то же время были проведены другие исследования, которые показывают, что таким планетам, вероятно, будет трудно удерживать свои атмосферы, что свидетельствует о том, что они не будут оставаться водными мирами очень долго.
Тем не менее, пока мы не сможем лучше взглянуть на эти планеты - что будет возможно с использованием инструментов следующего поколения (таких как Космический телескоп Джеймса Вебба) - мы будем вынуждены теоретизировать о том, чего мы не знаем, основываясь на том, что мы делаем. Медленно узнавая больше об этих и других экзопланетах, наша способность определять, где мы должны искать жизнь за пределами нашей Солнечной системы, будет улучшаться.
