Een jaar geleden, Ik schreef een artikel over de opmerkelijke ontdekking van het TRAPPIST-1 planetenstelsel, een systeem van zeven gematigde terrestrische planeten die rond een ultrakoele rode dwergster cirkelen. Dit was een enorme astronomische ontdekking, omdat deze sterren met een lage massa het talrijkst zijn in onze melkweg. en de ontdekking van potentieel bewoonbare planeten rond een van hen bracht veel mensen ertoe te speculeren over het bestaan ​​van leven daar en elders in onze melkweg rond soortgelijke sterren.

Deze aankondiging inspireerde ook veel aanvullende studies door astronomen over de hele wereld, die aanvullende instrumenten hebben gebruikt en complexe modellen hebben uitgevoerd om dit planetaire systeem en zijn potentieel om leven te herbergen beter te begrijpen.

Een jaar later, het lijkt mij dat de tijd rijp is om jullie een update te geven over wat we hebben geleerd over dit planetenstelsel, die zich op slechts 41 lichtjaar van de aarde bevindt.

Beter begrip van het planetaire systeem

Tussen december 2016 en maart 2017, aanvullende gegevens over TRAPPIST-1 werden verzameld met behulp van het Kepler-ruimtevaartuig in het K2-programma. Kepler is ontworpen om transits van exoplaneten te meten, maar waarnemingen van TRAPPIST-1 waren zelfs voor dit opmerkelijke ruimtevaartuig dat op planeten jaagt een enorme uitdaging, omdat TRAPPIST-1 in zichtbaar licht erg zwak is. Tijdens zijn leven, astronomen hebben veel geleerd over de vele mogelijkheden van Kepler, inclusief betere manieren om de gevoeligheid te bereiken die nodig is om de handtekeningen van TRAPPIST-1-type transits te detecteren (meestal 0,1% van de flux van de ster). De auteurs van een artikel gepubliceerd in mei 2017 in Natuur waren in staat om de omlooptijd van de buitenste planeet te beperken, TRAPPIST-1h (P=18.766 dagen). Hun werk laat zien dat de zeven planeten zijn, zoals vermoed, in resonanties met drie lichamen in een complexe keten die een goede stabiliteit gedurende een zeer lange tijd suggereert.

Houd er rekening mee dat we de planeten niet zien, maar alleen hun schaduw detecteren met behulp van de transittechniek die ons een goede schatting geeft van de grootte en de baan van een planeet. Echter, om de aard van een planeet echt te begrijpen, we moeten ook de dichtheid bepalen, en vandaar zijn massa. In een poging om de massa in meerdere systemen te schatten, astronomen hebben een techniek gebruikt die transit-timing variaties (of TTV) wordt genoemd. Deze techniek bestaat uit het meten van een kleine verschuiving in de timing van een transit veroorzaakt door zwaartekrachtinteractie met de andere planeten in het systeem. Met behulp van een nieuw algoritme en een complete set gegevens, inclusief gegevens van zowel TRAPPIST als K2, een team van wetenschappers heeft de dichtheidsmetingen van de TRAPPIST-1-planeten aanzienlijk verbeterd, die variëren van 0,6 tot 1,0 keer de dichtheid van de aarde, of een dichtheidsmeting vergelijkbaar met wat we zien op de terrestrische planeten in ons zonnestelsel. Als we ook kijken naar de hoeveelheid licht die we van deze planeten ontvangen, TRAPPIST-1 e is waarschijnlijk de meest aardachtige in het systeem. Een in februari 2018 gepubliceerd artikel bevatte ook een bespreking van het binnenste van deze planeten en suggereerde dat TRAPPIST-1 c en e grote rotsachtige interieurs hebben en -b, -NS, -F, -g moet een dikke atmosfeer hebben, oceanen, of ijzige korsten.

Om een ​​planetair systeem te begrijpen, we hebben nauwkeurige informatie nodig over het meest massieve object, zijn ster. Stellaire astronomen hebben hun kennis van de ster van TRAPPIST-1 verbeterd en schatten nu zijn leeftijd op tussen de 5 en 10 miljard jaar, waardoor het ouder is dan onze zon. Deze schatting is gebaseerd op verschillende methoden, met inbegrip van de studie van zijn activiteit, zijn rotatiesnelheid, en de ligging in de Melkweg. Zijn massa is ook herzien tot 9% van de massa van onze zon, die de afstand van de planeet tot de moederster enigszins beïnvloedt.

Terwijl u het TRAPPIST-systeem observeert, astronomen hebben ook sterke sterachtige fakkels gedetecteerd (gezien, bijvoorbeeld, tegen het einde van de K2-waarnemingen). UV-monitoring door de Hubble-ruimtetelescoop en door XMM/Newton in combinatie met modellering onthulde dat de binnenplaneten mogelijk een grote hoeveelheid water hebben verloren, maar de buitenste behouden waarschijnlijk de meeste van hen. De complexiteit van deze ontgassingsmodellen en interacties met de stellaire wind, in combinatie met planetaire massa's, zijn essentieel om de aard van de planeten van TRAPPIST-1 en hun potentiële bewoonbaarheid te begrijpen.

Dynamisten, die een andere belangrijke astronomische subdiscipline vertegenwoordigen, hebben ook interesse getoond in dit complexe systeem. Met zeven planeten die een ster met een lage massa omringen, men kan zich terecht afvragen over systeemstabiliteit. Hun modellen laten ons zien dat het systeem over miljarden jaren stabiel kan zijn, dat is uitstekend nieuws als je wilt dat het leven daar floreert.

Nieuwe experimenten en innovatieve ideeën

We hebben nu ondubbelzinnig bewijs van het bestaan ​​van de TRAPPIST-1 planeten, en we weten van hun banen, hun grootte, en hun massa, maar er moet nog veel worden geleerd voordat we kunnen beweren dat ze vloeibaar water op hun oppervlak hebben, en we moeten veel meer weten dan dat voordat we kunnen concluderen dat deze planeten bewoonbaar kunnen zijn, of bewoond.

Een van de belangrijkste uitdagingen bij het berekenen van de oppervlaktetemperatuur van een planeet is het bestaan ​​en de samenstelling van de atmosfeer. De atmosfeer kan werken als een deken, opwarming van het planeetoppervlak. Met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop, astronomen hebben geprobeerd de aanwezigheid van rijke, door waterstof gedomineerde atmosferen rond TRAPPIST-1-planeten te detecteren d, e, F, en g. Meerkleurige transitgebeurtenissen die in het nabij-infrarood zijn genomen, hebben een dergelijke atmosfeer voor planeten uitgesloten d, e, en f. Een door H2 gedomineerde atmosfeer zou leiden tot hoge oppervlaktetemperaturen en drukken, die onverenigbaar zijn met de aanwezigheid van vloeibaar water. Deze negatieve detectie suggereert dat deze planeten een aardachtige atmosfeer zouden kunnen hebben met een gematigd oppervlakteklimaat, wat nog meer goed nieuws is als, zoals ik, je bent geïnteresseerd in bewoonbaarheid.

Als er leven op één TRAPPIST-1-planeet verscheen in een tijd dat het gastvrij was, hoe groot is de kans dat het zich door het hele systeem verspreidt? Twee astronomen bespraken deze hypothese in een kort artikel dat in juni 2017 werd gepubliceerd en gebruikten een eenvoudig model voor lithopanspermie (de overdracht van organismen in gesteenten van de ene planeet naar de andere, hetzij via interplanetair) om te ontdekken dat de kans dat dat gebeurt orden van grootte groter is dan voor het Aarde-naar-Mars systeem. In compacte TRAPPIST-1, de kans op inslag is groter en de transittijd tussen planeten is korter, waardoor besmetting tussen planeten waarschijnlijker wordt. Ze concludeerden dat de waarschijnlijkheid van abiogenese (het verschijnen van leven) is verbeterd voor TRAPPIST-1. Natuurlijk, dit is pure speculatie op basis van fysieke overwegingen die moeten worden ondersteund door observaties, maar het versterkte het belang van het vinden van dergelijke compacte miniplanetaire systemen elders in de melkweg.

Leven kan zowel op manen als op planeten bestaan, en een maan kan een belangrijke bijdrage leveren aan de aanwezigheid van leven omdat zijn pure aanwezigheid de rotatie-as van de planeet kan stabiliseren en getijdenpoelen kan creëren die nodig kunnen zijn voor de vorming en interactie van complexe moleculen. Er zijn geen manen gedetecteerd rond de TRAPPIST-1-planeten, hoewel de Spitzer-waarnemingen een maan zo groot als die van de aarde konden detecteren. Theoretisch onderzoek toont aan dat het onwaarschijnlijk is dat de binnenplaneten (-b tot -e) kleine manen hebben vanwege de nabijheid van hun ster en andere planeten. We zijn nog niet in staat om de aanwezigheid van een kleine maan te detecteren die om een ​​van de buitenste planeten cirkelt, en zal er geen kunnen detecteren zonder grotere telescopen in de ruimte en op de grond.

Inductieverwarming is een proces dat op aarde wordt gebruikt om metaal te smelten. Het treedt op wanneer we het magnetische veld in een geleidend medium veranderen, die vervolgens de energie door warmte afvoert. Astronomen weten al een paar jaar dat M-sterren zoals TRAPPIST-1 een sterk magnetisch veld hebben. Een groep astronomen bestudeerde het effect van zo'n sterk magnetisch veld op het binnenste van planeten in een systeem dat scheef staat ten opzichte van het magnetische veld van hun ster. Uitgaande van een planetair interieur en samenstelling vergelijkbaar met de aarde, ze bepaalden dat de drie binnenste planeten (-b, -C, -d) zou een verhoogde vulkanische activiteit en uitgassing moeten ervaren, en in sommige extreme gevallen een magma-oceaan hebben ontwikkeld met platentektoniek en grootschalige aardbevingen, vergelijkbaar met Io, een satelliet van Jupiter. Opnieuw, dit resultaat is extreem modelafhankelijk omdat we nog geen duidelijk idee hebben van de interne samenstelling van die planeten, wat de sterkte van de inductieverwarming direct beïnvloedt. Echter, als ze echt aardachtig van samenstelling zijn, ze zouden een helse versie van onze eigen planeet kunnen zijn.

Andere wetenschappers hebben ook gesproken over het bestaan ​​van significante platentektoniek en intense aardbevingen in dit systeem als gevolg van getijdenstress die wordt veroorzaakt door planeet-naar-ster- en planeet-naar-planeet-interacties. Als de activiteit goed is, sommige van de TRAPPIST-1-planeten zouden inderdaad vergelijkbaar kunnen zijn met de aarde met het equivalent van continentale platen, oceaanbodems, en actieve vulkanen, maar op een dag zullen we een foto moeten maken om dit te bevestigen.

Wat is het volgende?

Ik heb een aantal van de laatste artikelen die de afgelopen twee jaar zijn gepubliceerd over het prachtige TRAPPIST-1-systeem samengevat. Deze lijst is niet uitputtend en ik heb waarschijnlijk een aantal interessante ideeën en nieuwe hypothesen over dit complexe systeem gemist.

Maar één ding is glashelder:mijn metingen hebben me (en veel andere mensen) enthousiast gemaakt over wat we zouden kunnen vinden uit aanvullende waarnemingen met grote telescopen op de grond, inclusief een Extreem Grote Telescoop (zoals de TMT, ELT, of GMT), of de James Webb-ruimtetelescoop (JWST). Elk van deze faciliteiten is nodig om onze modellen te beperken en ons begrip van dit systeem te verfijnen. Bijvoorbeeld, langetermijnmonitoring van het systeem met deze faciliteiten zal de aanwezigheid van manen in het systeem verder beperken. Met behulp van de nauwkeurige fotometrie die mogelijk is gemaakt door JWST, astronomen hopen planetaire massa's en banen tot een grote nauwkeurigheid te beperken, de samenstelling van hun atmosfeer afleiden, maak ruwe temperatuurkaarten van alle planeten in het TRAPPIST-1-systeem.

Na 2020, als alles goed gaat met JWST en als de ruimtetelescoop de uitstekende gegevens levert die we verwachten, we hebben misschien een ruwe kaart van de TRAPPIST-1-planeten, vergelijkbaar met het ruwe beeld van Pluto gemaakt met Hubble Space Telescope en later gevalideerd door het New Horizons-ruimtevaartuig.

In minder dan twee decennia, nabijgelegen planetaire systemen zoals TRAPPIST-1 zullen onze kosmische achtertuin worden, en als alles volgens plan verloopt met missies als TESS, PLATO, ARIEL, en JWST, evenals de ELT's, we zullen spoedig de geheimen leren van die exotische werelden die, Ik ben overtuigd, zal ons verrassen door hun diversiteit, net zoals ons eigen zonnestelsel ons de afgelopen twee decennia heeft verrast, verrast ons vandaag, en zal ons in de toekomst zeker blijven verrassen.