I februar 2017 kunngjorde et team av europeiske astronomer funnet av et syv-planeters system som kretser rundt den nærliggende stjernen TRAPPIST-1. Bortsett fra det faktum at alle syv planetene var steinete, var det den ekstra bonusen av tre av dem som gikk i bane rundt TRAPPIST-1s beboelige sone. Siden den tid har flere studier blitt utført for å avgjøre om noen av disse planetene kan være beboelige eller ikke.
I samsvar med dette målet har disse studiene fokusert på hvorvidt disse planetene har atmosfærer, deres komposisjoner og interiør. En av de nyeste studiene ble utført av to forskere fra Columbia Universitys Cool Worlds Laboratory, som slo fast at en av TRAPPIST-1-planetene (TRAPPIST-1e) har en stor jernkjerne - et funn som kan ha implikasjoner for denne planetens levedyktighet.
Studien - med tittelen “TRAPPIST-1e har en stor jernkjerne”, som nylig dukket opp på nettet - ble utført av henholdsvis Gabrielle Englemenn-Suissa og David Kipping, en seniorgraduate student og en assisterende professor i astronomi ved Columbia University. Av hensyn til studien utnyttet Englemenn-Suissa og Kipping nyere studier som har lagt begrensninger for massene og radiene til TRAPPIST-1-planetene.
Disse og andre studier har hatt godt av det faktum at TRAPPIST-1 er et syv-planeten-system, noe som gjør det ideelt egnet for eksoplanettstudier. Som professor Kipping fortalte Space Magazine via e-post:
"Det er et fantastisk laboratorium for eksoplanetisk vitenskap av tre grunner. For det første har systemet hele syv transittplaneter. Dybden på gjennomgangene dikterer størrelsen på hver planet, slik at vi kan måle de størrelsene ganske nøyaktig. For det andre samhandler planetene gravitasjonsmessig med hverandre, noe som fører til variasjoner i tidene for gjennomgangene, og disse har blitt brukt til å utlede massene på hver planet, igjen til imponerende presisjon. For det tredje er stjernen veldig liten og er en sen M-dverg, omtrent en åttende på størrelse med Sola, og det betyr at transitter vises 8 ^ 2 = 64 ganger dypere enn de ville gjort hvis stjernen var solstor. Så vi har mange ting som fungerer i vår favør her. ”
Sammen brukte Englemann-Suissa og Kipping måling av masse og radius av TRAPPIST-1-planetene for å utlede minimum og maksimal Core Radius Fraction (CRF) for hver planet. Dette bygde på en studie de tidligere hadde utført (sammen med Jingjing Chen, en doktorgradskandidat ved Columbia University og medlem av Cool Worlds Lab) der de utviklet sin metode for å bestemme en planets CRF. Som Kipping beskrev metoden:
“Hvis du kjenner massen og radiusen veldig presist, som TRAPPIST-1-systemet, kan du sammenligne dem med den som er forutsagt fra teoretiske interiørstrukturmodeller. Problemet er at disse modellene generelt består av mulige fire lag, en jernkjerne, en silikatmantel, et vannlag og en lett flyktig konvolutt (Jorden har bare de to første, dens atmosfære bidrar ubetydelig til masse og radius). Så fire ukjente og to målte mengder er i prinsippet et ubegrenset, uløselig problem. ”
Studien deres tok også hensyn til tidligere arbeid fra andre forskere som har forsøkt å sette begrensninger for den kjemiske sammensetningen av TRAPPIST-1-systemet. I disse studiene antok forfatterne at planetenes kjemiske sammensetninger var koblet til stjernen, som kan måles. Englemann-Suissa og Kipping tok imidlertid en mer "agnostisk" tilnærming og vurderte ganske enkelt grensevilkårene for problemet.
"Vi sier egentlig at gitt massen og radius, er det ingen modeller med kjerner mindre enn X som muligens kan forklare den observerte massen og radius," sa han. “Kjernen kan være større enn X, men må være minst X, siden ingen teoretiske modeller kan forklare den på annen måte. Her ville X derfor tilsvare det vi kan kalle den minste kjerne radiusfraksjon. Vi spiller da det samme spillet for maksgrensen. "
Det de bestemte var at minimumsstørrelsen på seks av TRAPPIST-1-planetene i det vesentlige var null. Dette betyr at komposisjonene deres kan forklares uten nødvendigvis å ha en jernkjerne - for eksempel kan en ren silikatmantel være alt som er der. Men når det gjelder TRAPPIST-1e, fant de ut at dens kjerne må omfatte minst 50% av planeten med radius, og høyst 78%.
Sammenlign dette med Jorden, der den faste indre kjerne av jern og nikkel og en flytende ytre kjerne av en smeltet jern-nikkellegering utgjør 55% av planetens radius. Mellom den øvre og nedre grensen av TRAPPIST-1e CRF, konkluderte de at den må ha en tett kjerne, en som sannsynligvis kan sammenlignes med Jorden. Dette funnet kan bety at av alle TRAPPIST-1-planetene, e er den mest "jordlignende" og sannsynligvis har en beskyttende magnetosfære.
Som Kipping antydet, kan dette få enorme implikasjoner når det gjelder jakten på beboelige eksoplaneter, og kan føre til at TRAPPIST-1e er øverst på listen:
“Dette blir meg mer spent på TRAPPIST-1e spesielt. Den planeten er en smule mindre enn jorden, sitter rett i beboelsessonen og nå vet vi at den har en stor jernkjerne som jorden. Vi vet også at den ikke har en lett flyktig konvolutt takket være andre målinger. TRAPPIST-1 ser ut til å være en roligere stjerne enn Proxima, så jeg er mye mer optimistisk med hensyn til TRAPPIST-1e som potensiell biosfære enn Proxima b akkurat nå. "
Dette er absolutt gode nyheter i lys av nyere studier som har indikert at Proxima b sannsynligvis ikke vil være beboelig. Mellom stjernene som sender ut kraftige fakler som kan sees med det blotte øye for sannsynligheten for at en atmosfære og flytende vann ikke vil overleve lenge på overflaten, regnes foreløpig ikke den nærmeste eksoplaneten til solsystemet vårt som en god kandidat for å finne en beboelig verden eller utenomjordisk liv.
De siste årene har Kipping og kollegene også viet seg og Cool Worlds Laboratory til studiet av mulige eksoplaneter rundt Proxima Centauri. Ved å bruke det kanadiske romfartsorganets mikrovariabilitet og mest (Oscillation of Stars) satellitt, overvåket Kipping og hans kolleger Proxima Centauri i mai 2014 og igjen i mai 2015 for å se etter tegn til transittplaneter.
Mens oppdagelsen av Proxima b til slutt ble gjort av astronomer ved ESO ved hjelp av Radial Velocity Method, var denne kampanjen viktig for å trekke oppmerksomhet til sannsynligheten for å finne landlige, potensielt beboelige planeter rundt nærliggende M-type (rød dverg) stjerner. I fremtiden håper Kipping og teamet hans også å gjennomføre studier av Proxima b for å avgjøre om det har en atmosfære og bestemme hva CRF-en kan være.
Nok en gang ser det ut til at en av de mange steinete planetene som går i bane rundt en rød dvergstjerne (og som ligger nærmere Jorden), kanskje bare er en fremste kandidat for undersøkelsesmuligheter! Fremtidige undersøkelser, som vil dra nytte av introduksjonen av neste generasjons teleskoper (som James Webb romteleskop) vil uten tvil avsløre mer om dette systemet og eventuelle beboelige verdener det har.
