Helmikuussa 2017 maailma hämmästyi siitä, että tähtitieteilijät - käyttämällä Chilen TRAPPIST-teleskoopin ja Spitzer-avaruusteleskoopin tietoja - olivat tunnistaneet TRAPPIST-1-järjestelmään seitsemän kallioisen eksoplaneetanijärjestelmän. Ikään kuin tämä ei olisi riittävän rohkaisevaa eksoplanetaattien harrastajille, todettiin myös, että kolme seitsemästä planeetasta kiertää tähtiä ympäröivissä asumisvyöhykkeissä (tunnetaan myös nimellä “Goldilocks Zone”).
Siitä lähtien tähän järjestelmään on kiinnitetty merkittäviä tutkimuksia ja seurantatutkimuksia sen määrittämiseksi, voisiko jokin sen planeetoista olla asuttava vai ei. Näille tutkimuksille on ominaista ollut kysymys siitä, onko planeettojen pinnalla nestemäistä vettä. Mutta amerikkalaisten tähtitieteilijöiden ryhmän uuden tutkimuksen mukaan TRAPPIST-planeetoilla voi todella olla liian paljon vettä elämän tukemiseksi.
Tutkimus, jonka otsikko on ”TRAPPIST-1-planeettojen sisäinen muutto niiden vesirikkaista koostumuksista johtuen”, ilmestyi äskettäin lehdessä Luonnon tähtitiede. Tutkimusta johti geologi Cayman T. Unterborn, joka työskenteli maapallon ja avaruustutkimuksen koulussa (SESE). Tutkimukseen osallistuivat Steven J. Desch, Alejandro Lorenzo (myös SESE: stä) ja Natalie R. Hinkel - astrofysiikka Vanderbiltin yliopistosta. , Nashville.
Kuten todettiin, on suoritettu useita tutkimuksia, joiden tarkoituksena on selvittää, olisiko jokin TRAPPIST-1-planeetoista asuttava. Ja vaikka jotkut ovat korostaneet, etteivät he pystyisi pysymään ilmapiirissä pitkään, koska ne kiertävät tähtiä, joka on muuttuva ja alttiina leimaamaan (kuten kaikki punaiset kääpiöt), toiset tutkimukset ovat löytäneet todisteita siitä, että järjestelmä voisi olla runsaasti vettä ja ihanteellinen elämän vaihtamiseen.
Tutkimuksensa vuoksi ryhmä käytti aikaisempien tutkimusten tietoja, jotka yrittivät asettaa rajoituksia TRAPPIST-1-planeettojen massalle ja halkaisijalle niiden tiheyden laskemiseksi. Suuri osa tästä tuli Hypatia Catalog -nimiseltä tietoaineistolta (jonka on kehittänyt avustava kirjoittaja Hinkel), joka yhdistää yli 150 kirjallisuuden lähteen tiedot määrittämään tähtien tähtien määrät lähellä aurinkoamme.
Tätä tietoa käyttämällä ryhmä konstruoi massasädekoostumusmallit kunkin TRAPPIST-1-planeetan haihtuvien pitoisuuksien määrittämiseksi. He huomasivat, että TRAPPIST-planeetat ovat perinteisesti kevyitä kivisille kappaleille, mikä osoittaa haihtuvien elementtien (kuten veden) korkean pitoisuuden. Samoin matalatiheyksisissä maailmoissa haihtuvan komponentin ajatellaan yleensä olevan ilmakehän kaasujen muodossa.
Mutta kuten Unterborn selitti äskettäisessä SESE-uutisartikkelissa, TRAPPIST-1-planeetat ovat eri asia:
”[T] TRAPPIST-1-planeettojen massa on liian pieni, jotta ne kestävät tarpeeksi kaasua tiheyden alijäämän muodostamiseksi. Vaikka he pystyisivät pitämään kaasua kiinni, tiheysvajeen korvaamiseksi tarvittava määrä tekisi planeetasta paljon turvemman kuin me näemme. "
Tämän vuoksi Unterborn ja hänen kollegansa päättivät, että matalatiheyksisen komponentin tässä planeettajärjestelmässä oli oltava vesi. Selvittääkseen, kuinka paljon vettä siellä oli, ryhmä käytti ainutlaatuista ohjelmistopakettia, joka kehitettiin nimellä ExoPlex. Tämä ohjelmisto käyttää huipputeknisiä mineraalifysiikan laskimia, joiden avulla joukkue pystyi yhdistämään kaiken saatavilla olevan tiedon TRAPPIST-1-järjestelmästä - ei vain yksittäisten planeettojen massan ja säteen.
He löysivät, että sisäiset planeetat (b ja C) olivat ”kuivempia” - joissa oli vähemmän kuin 15 massaprosenttia vettä -, kun taas ulkoapäivät (f ja g) oli enemmän kuin 50 massaprosenttia vettä. Vertailun vuoksi, maapallolla on vain 0,02% vettä massasta, mikä tarkoittaa, että näiden maailmojen tilavuus on yhtä suuri kuin satojen maapallon kokoisten valtamerten. Pohjimmiltaan tämä tarkoittaa, että TRAPPIST-1-planeetoilla voi olla liian paljon vettä elämän tukemiseksi. Kuten Hinkel selitti:
”Luulemme tyypillisesti nestemäisen veden olevan planeetalla tapana aloittaa elämä, koska elämä, sellaisena kuin me sen tiedämme maan päällä, koostuu pääosin vedestä ja vaatii sen elämään. Maapallolla, joka on vesimaailma tai jolla ei ole mitään pintaa veden yläpuolella, ei kuitenkaan ole tärkeitä geokemiallisia tai elementtisyklejä, jotka ovat ehdottoman välttämättömiä elämän kannalta. "
Nämä havainnot eivät ole hyviä niille, jotka uskovat, että M-tyyppiset tähdet ovat todennäköisimmin paikka asuttaville planeetoillemme galaksissamme. Punaisten kääpiöiden lisäksi ei ole vain yleisin tähtityyppi maailmankaikkeudessa, ja niiden osuus 75 prosentilla tähtiä on vain Linnunradan galaksissa, ja useilla, jotka ovat suhteellisen lähellä aurinkokuntamme, on havaittu olevan yksi tai useampi niiden ympärillä kiertävä planeetta.
TRAPPIST-1: n lisäksi niihin kuuluvat LHS 1140: n ja GJ 625: n ympärillä löydetyt supermaapallot, Gliese 667: n ympärillä löydetyt kolme kallioista planeettaa ja Proxima b - aurinkokunnan lähinnä oleva eksoplaneetta. Lisäksi vuonna 2012 ESOn La Silla-observatoriossa HARPS-spektrografia käyttäen tehty tutkimus osoitti, että Linnunradalla voi olla miljardeja kivisiä planeettoja, jotka kiertävät punaisten kääpiötähteiden asuttavilla alueilla.
Valitettavasti nämä viimeisimmät havainnot osoittavat, että TRAPPIST-1-järjestelmän planeetat eivät ole suotuisat elämälle. Lisäksi heillä ei todennäköisesti ole tarpeeksi elämää tuottamaan biosignaaleja, jotka olisivat havaittavissa heidän ilmakehässään. Lisäksi joukkue päätteli myös, että TRAPPIST-1-planeettojen on pitänyt muodostaa isä pois tähdestään ja siirtyä sisälle ajan myötä.
Tämä perustui tosiasiaan, että jään rikkaat TRAPPIST-1-planeetat olivat paljon lähempänä heidän tähtensä vastaavaa ”jääviivaa” kuin kuivempia. Missä tahansa aurinkokunnassa tämän linjan sisällä olevat planeetat ovat kallioisempia, koska niiden vesi höyrystyy tai tiivistyy muodostaen valtamerejä niiden pinnalle (jos ilma on riittävä). Tämän linjan yli vesi tulee jään muodossa ja sitä voidaan akkreditoida planeettojen muodostamiseksi.
Ryhmä päätti analyyseistään, että TRAPPIST-1-planeettojen on oltava muodostuneet jääviivan ulkopuolelle ja siirtyneet isäntähtää kohti kohti nykyisiä kiertoratojaan. Koska M-tyypin (punainen kääpiö) tähdet tiedetään olevan kirkkaimpia ensimmäisen muodon jälkeen ja himmenevät ajan myötä, jääviiva olisi myös siirtynyt sisäänpäin. Kuten kirjoittaja Steven Desch selitti, planeettojen muuttoliike riippuu siis siitä, milloin ne olivat muodostuneet.
"Mitä aikaisemmin planeetat muodostuivat, sitä kauempana tähdestä, jonka heidän täytyi muodostaa, jotta niillä olisi niin paljon jäätä", hän sanoi. Perustuen siihen, kuinka kauan kiveisten planeettojen muodostuminen kestää, joukkue arvioi, että planeettojen on alun perin oltava kaksi kertaa niin kaukana tähdestään kuin nyt. Vaikka on olemassa muita merkkejä siitä, että tämän järjestelmän planeetat ovat muuttaneet ajan myötä, tämä tutkimus on ensimmäinen, joka kvantifioi muuton ja käyttää koostumustietoja sen osoittamiseen.
Tämä tutkimus ei ole ensimmäinen, joka osoittaa, että punaisten kääpiötähteiden kiertävät planeetat voivat todellakin olla ”vesimaailmat”, mikä tarkoittaisi, että kallioiset planeetat, joiden pinnalla ovat maanosat, ovat suhteellisen harvinaisia. Samaan aikaan on tehty muita tutkimuksia, jotka osoittavat, että tällaisilla planeetoilla on todennäköisesti vaikea pysyä ilmakehässään, mikä osoittaa, etteivät ne pysyisi vesimaailmana kauan.
Kuitenkin, kunnes voimme saada paremman kuvan näistä planeetoista - mikä on mahdollista seuraavan sukupolven instrumenttien (kuten James Webbin avaruuskaukoputki) - meidän on pakko teorioida siitä, mitä emme tiedä, perustuen siihen, mitä teemme. Kun hitaasti opit lisää näistä ja muista eksoplaneetoista, kykymme määrittää missä meidän pitäisi etsiä elämää aurinkokunnan ulkopuolelle, paranee.
