I februar 2017 ble verden forbløffet over å få vite at astronomer - ved hjelp av data fra TRAPPIST-teleskopet i Chile og Spitzer-romteleskopet - hadde identifisert et system med syv steinete eksoplaneter i TRAPPIST-1-systemet. Som om dette ikke var oppmuntrende nok for exoplanet-entusiaster, ble det også indikert at tre av de syv planetene gikk i bane rundt stjernenes sirkumstellar beboelige sone (også kalt "Goldilocks Zone").
Siden den tid har dette systemet vært i fokus for betydelig undersøkelser og oppfølgingsundersøkelser for å avgjøre om noen av planetene kan være beboelige eller ikke. Iboende for disse studiene har vært spørsmålet om planetene har flytende vann på overflatene eller ikke. Men ifølge en ny studie fra et team av amerikanske astronomer, kan TRAPPIST-planetene faktisk ha for mye vann til å støtte livet.
Studien, med tittelen “Inward Migration of the TRAPPIST-1 Planets as Inferred From They Water-Rich Compositions”, dukket nylig opp i tidsskriftet Naturastronomi. Studien ble ledet av Cayman T. Unterborn, en geolog med School of Earth and Space Exploration (SESE), og inkluderte Steven J. Desch, Alejandro Lorenzo (også fra SESE) og Natalie R. Hinkel - en astrofysiker fra Vanderbilt University , Nashville.
Som nevnt har flere studier blitt utført som har forsøkt å bestemme om noen av TRAPPIST-1-planetene kan være beboelige. Og mens noen har understreket at de ikke vil være i stand til å holde på atmosfærene på lenge på grunn av det faktum at de går i bane rundt en stjerne som er variabel og utsatt for fakling (som alle røde dverger), har andre studier funnet bevis på at systemet kunne være rik på vann og ideell for livsbytte.
For studiens skyld brukte teamet data fra tidligere undersøkelser som forsøkte å plassere begrensninger på massen og diameteren til TRAPPIST-1-planetene for å beregne densiteten. Mye av dette kom fra et datasett kalt Hypatia Catalog (utviklet av den medvirkende forfatteren Hinkel), som fusjonerer data fra over 150 litterære kilder for å bestemme de stjernelige overflodene av stjerner i nærheten av vår sol.
Ved hjelp av disse dataene laget teamet modeller for sammensetning av masseradius for å bestemme det flyktige innholdet i hver av TRAPPIST-1-planetene. Det de la merke til, er at TRAPPIST-planetene tradisjonelt er lette for steinete kropper, noe som indikerer et høyt innhold av flyktige elementer (for eksempel vann). På lignende verdener med lav tetthet antas den flyktige komponenten vanligvis å ha form av atmosfæriske gasser.
Men som Unterborn forklarte i en fersk SESE-nyhetsartikkel, TRAPPIST-1-planetene er en annen sak:
“[T] de TRAPPIST-1-planetene er for små i massen til å holde på nok gass til å utgjøre tetthetsunderskuddet. Selv om de klarte å holde på gassen, ville mengden som trengs for å utgjøre tetthetsunderskuddet gjøre planeten mye puffier enn vi ser. "
På grunn av dette bestemte Unterborn og kollegene at komponenten med lav tetthet i dette planetsystemet måtte være vann. For å bestemme hvor mye vann som var der, brukte teamet en unik programvarepakke utviklet kjent som ExoPlex. Denne programvaren bruker avanserte kalkulatorer for mineralfysikk som gjorde det mulig for teamet å kombinere all tilgjengelig informasjon om TRAPPIST-1-systemet - ikke bare massen og radiusen til individuelle planeter.
Det de fant var at de indre planetene (b og c) var "tørrere" - med mindre enn 15 vekt% vann - mens de ytre planetene (f og g) hadde mer enn 50 vekt% vann. Til sammenligning har jorden bare 0,02% vann i masse, noe som betyr at disse verdenene har tilsvarer hundrevis av jordstore hav i volumet. I utgangspunktet betyr dette at TRAPPIST-1-planetene kan ha for mye vann til å støtte livet. Som Hinkel forklarte:
”Vi tenker vanligvis å ha flytende vann på en planet som en måte å starte livet på, siden livet, slik vi kjenner det på jorden, hovedsakelig er sammensatt av vann og krever at det skal leve. Imidlertid har en planet som er en vannverden, eller en som ikke har noen overflate over vannet, ikke de viktige geokjemiske eller elementære sykluser som er helt nødvendige for livet. "
Disse funnene bærer ikke godt for de som tror at stjerner av M-typen er det mest sannsynlige stedet å ha beboelige planeter i galaksen vår. Ikke bare er røde dverger den vanligste stjernetypen i universet, og de står for 75% av stjernene i Melkeveis galaksen alene, flere som er relativt nær solsystemet vårt har vist seg å ha en eller flere steinete planeter som kretser rundt dem.
Bortsett fra TRAPPIST-1 inkluderer disse superjordene som ble oppdaget rundt LHS 1140 og GJ 625, de tre steinete planetene som ble oppdaget rundt Gliese 667, og Proxima b - den nærmeste exoplaneten til vårt solsystem. I tillegg indikerte en undersøkelse som ble utført ved bruk av HARPS-spektrograf ved ESOs La Silla-observatorium i 2012 at det kan være milliarder av steinete planeter som går i bane rundt de beboelige sonene til røde dvergstjerner i Melkeveien.
Dessverre indikerer disse siste funnene at planetene til TRAPPIST-1-systemet ikke er gunstige for livet. Dessuten vil det sannsynligvis ikke være nok liv på dem til å produsere biosignaturer som kan observeres i atmosfæren. I tillegg konkluderte teamet også med at TRAPPIST-1-planetene må ha dannet far vekk fra stjernen deres og migrert innover over tid.
Dette var basert på det faktum at de isrike TRAPPIST-1-planetene var langt nærmere stjernens respektive "islinje" enn de tørrere. I ethvert solsystem vil planeter som ligger innenfor denne linjen være steinere siden vannet deres vil fordampe, eller kondensere for å danne hav på overflater (hvis tilstrekkelig atmosfære er til stede). Utover denne linjen vil vann ha form av is og kan akkrediteres til å danne planeter.
Fra sine analyser bestemte teamet at TRAPPIST-1-planetene må ha dannet seg utenfor islinjen og vandret mot vertsstjernen for å anta dagens baner. Siden stjerner av M-type (rød dverg) er kjent for å være lysest etter den første formen og svake over tid, ville islinjen også beveget seg innover. Som medforfatter Steven Desch forklarte, hvor langt planetene som migrerte derfor ville avhenge av når de hadde dannet seg.
"Jo tidligere planetene dannet seg, jo lenger borte fra stjernen de trengte å ha dannet for å ha så mye is," sa han. Basert på hvor lang tid det tar før steinete planeter har dannet seg, estimerte teamet at planetene opprinnelig må ha vært dobbelt så langt fra stjernen deres som de er nå. Selv om det er andre indikasjoner på at planetene i dette systemet migrerte over tid, er denne studien den første som kvantifiserer migrasjonen og bruker sammensetningsdata for å vise dem.
Denne studien er ikke den første som indikerer at planeter som kretser rundt røde dvergstjerner faktisk kan være "vannverdener", noe som vil bety at steinete planeter med kontinent på overflater er en relativt sjelden ting. Samtidig har andre studier blitt utført som indikerer at slike planeter sannsynligvis vil ha vanskelig for å holde på atmosfærene, noe som indikerer at de ikke ville forbli vannverdener så lenge.
Inntil vi kan få et bedre blikk på disse planetene - som vil være mulig med utplasseringen av neste generasjons instrumenter (som James Webb romteleskop) - vi blir tvunget til å teoretisere om det vi ikke vet, basert på hva vi gjør. Ved sakte å lære mer om disse og andre eksoplaneter, vil vår evne til å bestemme hvor vi skal lete etter livet utover solsystemet vårt bli foredlet.
