I februar 2017 kunngjorde forskere fra NASA eksistensen av syv terrestriske (dvs. steinete) planeter i TRAPPIST-1-stjernersystemet. Siden den tid har systemet vært midtpunktet i intens forskning for å avgjøre om noen av disse planetene kunne være beboelige eller ikke. Samtidig har astronomer lurt på om alle planets systemer faktisk er redegjort for.
Kan dette systemet for eksempel ha gassgiganter som lurer i de ytre rekkevidden, slik mange andre systemer med steinete planeter (for eksempel våre) gjør? Det var spørsmålet et team av forskere, ledet av forskere fra Carnegie Institute of Science, søkte å ta opp i en fersk undersøkelse. I følge funnene deres kan TRAPPIST-1 være i bane av gassgiganter i mye større avstand enn de syv steinete planetene.
Studien, med tittelen “Astrometriske begrensninger på massene av langvarige gassgigantplaneter i TRAPPIST-1 planetarisk system”, dukket nylig opp i The Astronomical Journal. Som de indikerer i studien deres, stolte teamet på oppfølgingsobservasjoner gjort av TRAPPIST-1 over en periode på fem år (fra 2011 til 2016) ved bruk av du Pont-teleskopet ved Las Campanas observatorium i Chile.
Ved hjelp av disse observasjonene forsøkte de å finne ut om TRAPPIST-1 kunne ha uoppdagede gassgiganter som går i bane rundt systemets ytre rekkevidde. Som Dr. Alan Boss - en astrofysiker og planetforsker med Carnegie Institute's Department of Terrestrial Magnetism og hovedforfatteren på papiret - forklarte i en pressemelding fra Carnegie:
"En rekke andre stjernersystemer som inkluderer planeter i jordstørrelse og superjord er også hjem til minst en gassgigant. Det er et viktig spørsmål å spørre om disse syv planetene har søsken med gassgiganter med bane over lengre tid.
I årevis har Boss gjennomført en undersøkelse om eksoplanettjakt med medforfatterne av studien - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - kjent som Carnegie Astrometric Planet Search. Denne undersøkelsen er avhengig av Carnegie Astrometric Planet Search Camera (CAPSCam), et instrument på du Pont-telekopet som søker etter ekstrasolare planeter ved hjelp av den astrometriske metoden.
Denne indirekte metoden for eksoplanettjakt bestemmer tilstedeværelsen av planeter rundt en stjerne ved å måle wobble av denne vertsstjernen rundt systemets massesenter (også kalt dets barycenter). Ved å bruke CAPSCam, stolte Boss og kollegene på flere års observasjoner av TRAPPIST-1 for å bestemme de øvre massegrensene for potensielle gassgiganter som går i bane i systemet.
Fra dette konkluderte de med at planeter som var opp til 4,6 Jupitermasser kunne omgås stjernen med en periode på et år. I tillegg fant de at planeter opp til 1,6 Jupitermasser kunne omgås stjernen med 5-årsperioder. Med andre ord er det mulig at TRAPPIST-1 har noen gassgiganter i lang tid som kretser rundt de ytre rekkevidden, omtrent på samme måte som langvarige gassgiganter eksisterer utenfor Mars-banen i solsystemet.
Hvis sant, kan eksistensen av disse gigantiske planetene løse en pågående debatt om dannelsen av solsystemets gassgiganter. I henhold til den mest aksepterte teorien om solsystemets dannelse (dvs. nebular hypotese), ble solen og planetene født av en tåke med gass og støv. Etter at denne skyen opplevde gravitasjonskollaps i sentrum og dannet sola, ble det gjenværende støvet og gassen flatet ut til en skive som omgir den.
Jorden og de andre jordiske planetene (Merkur, Venus og Mars) dannet seg alle nærmere Solen fra tilveksten av silikatmineraler og metaller. Når det gjelder gassgigantene, er det noen konkurrerende teorier om hvordan de dannet seg. I ett scenario, kjent som Core Accretion-teorien, begynte gassgigantene også å samle seg fra faste materialer (danne en solid kjerne) som ble store nok til å tiltrekke seg en omhylling av omliggende gass.
En konkurrerende forklaring - kjent som Disk Instabilitetsteorien - hevder at de dannet seg når disken med gass og støv tok på seg en spiralarmformasjon (lik en galakse). Disse armene begynte deretter å øke i masse og tetthet, og dannet klumper som raskt sammenkokte for å danne babygassgiganter. Ved å bruke beregningsmodeller vurderte Boss og kollegene begge teoriene for å se om det kunne dannes gassgiganter rundt en lavmassestjerne som TRAPPIST-1.
Mens kjernetilstand ikke var sannsynlig, indikerte Disk Instability-teorien at det kunne dannes gassgiganter rundt TRAPPIST-1 og andre røde dvergstjerner med lav masse. Som sådan gir denne studien et teoretisk rammeverk for eksistensen av gassgiganter i røde dvergstjernesystemer som allerede er kjent for å ha steinete planeter. Dette er absolutt oppmuntrende nyheter for eksoplanettjegere gitt at mengden av steinete planeter har blitt funnet i bane rundt røde dverger på sent.
Bortsett fra TRAPPIST-1 inkluderer disse den nærmeste eksoplaneten til solsystemet (Proxima b), samt LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b og Gliese 682c. Men som Boss også bemerket, denne forskningen er fremdeles i sin spede begynnelse, og mye mer forskning og diskusjon må finne sted før noe kan sies endelig. Heldigvis er studier som denne med på å åpne for døren for slike studier og diskusjoner.
"Gassgigantplaneter funnet på langvarige baner rundt TRAPPIST-1 kan utfordre kjernetilstandsteorien, men ikke nødvendigvis diskinstabilitetsteorien," sa Boss. "Det er mye plass for videre undersøkelse mellom de lengre tids baner vi studerte her og de veldig korte banene til de syv kjente TRAPPIST-1-planetene."
Boss og teamet hans hevder også at fortsatte observasjoner med CAPSCam og ytterligere forbedringer i sin dataanalyserørledning enten vil oppdage planeter over lengre tid, eller legge en enda strammere begrensning på deres øvre massegrenser. Og selvfølgelig vil distribusjonen av neste generasjons infrarøde teleskoper, som James Webb romteleskopet, hjelpe til i jakten på gassgiganter rundt røde dvergstjerner.
