NASA: n tutkijat ilmoittivat helmikuussa 2017 seitsemän maanpäällisen (ts. Kivisen) planeetan olemassaolosta TRAPPIST-1-tähtijärjestelmässä. Siitä lähtien järjestelmä on ollut intensiivisen tutkimuksen keskipiste sen määrittämiseksi, olisiko jokin näistä planeetoista asuttava vai ei. Samanaikaisesti tähtitieteilijät ovat pohtineet, otetaanko kaikkien järjestelmän planeetat tosiasiallisesti huomioon.
Voisiko tässä järjestelmässä esimerkiksi olla kaasu jättiläisiä, jotka väijyvät sen ulkopäätä, kuten monet muut järjestelmät, joilla on kallioisia planeettoja (esimerkiksi meidän)? Se oli kysymys, johon tutkijaryhmä, jota johtivat tutkijat Carnegie Institute of Science -laitoksesta, yritti käsitellä äskettäisessä tutkimuksessa. Havaintojensa mukaan kaasu jättiläiset voivat kiertää TRAPPIST-1: tä paljon suuremmalla etäisyydellä kuin sen seitsemän kallioista planeettaa.
Tutkimus, jonka otsikko on ”Astrometriset rajoitukset pitkän ajanjakson kaasumaisten planeettojen massaan TRAPPIST-1-planeettajärjestelmässä”, ilmestyi äskettäin Tähtitieteellinen lehti. Kuten he ilmoittavat tutkimuksessaan, ryhmä luottaa TRAPPIST-1: n seurantahavaintoihin viiden vuoden ajan (2011 - 2016) käyttämällä Du Pont-kaukoputkea Las Campanasin observatoriossa Chilessä.
Näitä havaintoja käyttämällä he yrittivät selvittää, olisiko TRAPPIST-1: llä voinut aikaisemmin havaita kaasun jättiläisiä, jotka kiertävät järjestelmän ulkopuolella. Kuten tohtori Alan Boss - astrofysiikka ja planeettatutkija Carnegie-instituutin Terrestrial Magnetism -osastolla ja pääkirjailija paperilla - selitti Carnegie'n lehdistötiedotteessa:
”Useat muut tähtijärjestelmät, jotka sisältävät maapallon planeettoja ja supermaapaloja, ovat myös ainakin yhden kaasujättelijän koti. Joten kysymys, onko näillä seitsemällä planeetalla kaasu jättiläisiä sisaruksia, joilla on pidempi kiertorata, on tärkeä kysymys. "
Boss on vuosien ajan suorittanut eksoplaneettojen metsästyskyselyä tutkimuksen avustajien - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - tunnetaan nimellä Carnegie Astrometric Planet Search. Tämä tutkimus perustuu Carnegie Astrometrisen planeetan hakukameraan (CAPSCam), du Pont-kaukoputken instrumenttiin, joka etsii ekstrasolaarisia planeettoja astrometrisella menetelmällä.
Tämä epäsuora eksoplaneettojen metsästysmenetelmä määrittelee planeettojen läsnäolon tähden ympärillä mittaamalla tämän isäntätähteen heilahtelua järjestelmän massakeskipisteen (aka. Sen barycenter) ympärille. CAPSCamia käyttämällä Boss ja hänen kollegansa vetoivat useiden vuosien havaintoihin TRAPPIST-1: stä määrittäessään järjestelmän mahdollisten kiertävien mahdollisten kaasu jättiläisten yläraja-arvot.
Tämän perusteella he päättelivät, että planeetat, jotka olivat jopa 4,6 Jupiterimassaa, voivat kiertää tähtiä vuoden ajan. Lisäksi he havaitsivat, että korkeintaan 1,6 Jupiterimassan planeetat voisivat kiertää tähtiä 5 vuoden jaksoilla. Toisin sanoen, on mahdollista, että TRAPPIST-1: llä on joitain pitkän ajanjakson kaasu jättiläisiä, jotka kiertävät sen ulkokehää, aivan samalla tavalla kuin pitkäaikaisia kaasujätteitä on aurinkokunnan Marsin kiertoradan ulkopuolella.
Jos totta, näiden jättiläisten planeettojen olemassaolo voi ratkaista meneillään olevan keskustelun aurinkokunnan kaasujäättäjien muodostumisesta. Aurinkokunnan muodostumista koskevan laajimmin hyväksytyn teorian (ts. Nebular Hypoteesi) mukaan aurinko ja planeetat syntyivät kaasun ja pölyn sumusta. Sen jälkeen kun tämä pilvi kokenut painovoiman romahtamisen keskellä muodostaen Auringon, jäljelle jäänyt pöly ja kaasu litistyivät sitä ympäröivään levyyn.
Maa ja muut maanpäälliset planeetat (elohopea, Venus ja Mars) muodostuivat lähemmäksi aurinkoa silikaattimineraalien ja metallien lisääntyessä. Kaasujättiläisten suhteen on olemassa joitain kilpailevia teorioita siitä, kuinka ne muodostuivat. Yhdessä skenaariossa, joka tunnetaan nimellä Core Accreetio -teoria, myös kaasumajat jättivät akrytoitumista kiinteistä materiaaleista (muodostaen kiinteän ytimen), joka tuli riittävän suureksi houkuttelemaan ympäröivän kaasun vaippa.
Kilpaileva selitys - joka tunnetaan nimellä Levyn epävakauden teoria - väittää, että ne muodostuivat, kun kaasun ja pölyn levy otti spiraalivarren muodostumisen (samanlainen kuin galaksi). Sitten näiden käsivarsien massa ja tiheys alkoivat kasvaa, jolloin muodostui kohoumia, jotka nopeasti kokoontuivat muodostaen vauvan kaasu jättiläisiä. Laskennallisia malleja käyttämällä Boss ja hänen kollegansa harkitsivat molempia teorioita selvittääkseen, voisivatko kaasujättiläiset muodostaa pienipainoisen tähden, kuten TRAPPIST-1, ympärille.
Vaikka ydinmuodostuminen ei ollut todennäköistä, levyn epävakauden teoria osoitti, että kaasujättiläiset voisivat muodostua TRAPPIST-1: n ja muiden pienimassan punaisten kääpiötähtien ympärille. Sellaisenaan tämä tutkimus tarjoaa teoreettisen kehyksen kaasu jättiläisten olemassaololle punaisten kääpiöiden tähtijärjestelmissä, joilla tiedetään jo olevan kivisiä planeettoja. Tämä on varmasti rohkaisevaa uutisia eksoplanetaalien metsästäjille, koska kivisten planeettojen nousu on löydetty kiertävän myöhään punaisia kääpiöitä.
TRAPPIST-1: n lisäksi niihin kuuluu lähin eksoplaneetta aurinkokunnalle (Proxima b), samoin kuin LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b ja Gliese 682c. Mutta kuten Boss myös huomautti, tämä tutkimus on vielä alkuvaiheessa, ja paljon enemmän tutkimusta ja keskustelua on tehtävä ennen kuin mitään voidaan sanoa lopullisesti. Onneksi tämänkaltaiset tutkimukset auttavat avaamaan oven tällaisiin tutkimuksiin ja keskusteluihin.
"Pitkillä jaksoilla kiertoradalla TRAPPIST-1 löydetyt kaasumaiset planeettat voisivat haastaa ytimen lisääntymisteorian, mutta ei välttämättä levyn epävakausteorian", sanoi Boss. "Täällä tutkittujen pidempien jaksojen kiertoratojen ja seitsemän tunnetun TRAPPIST-1-planeetan hyvin lyhyiden kiertoratojen välillä on paljon tilaa lisätutkimuksille."
Boss ja hänen tiiminsä väittävät myös, että jatkuvat havainnot CAPSCam: n kanssa ja edelleen parannukset sen data-analyysiputkessa havaitsevat joko pitkät planeettat tai asettavat entistä tiukemman rajoituksen niiden yläraja-arvoihin. Ja tietysti seuraavan sukupolven infrapunakaukoputkien, kuten James Webbin avaruusteleskoopin, käyttöönotto auttaa kaasun jättiläisten metsästyksessä punaisten kääpiötähteiden ympärillä.
