I februari 2017, forskarsamhället gladde sig när NASA meddelade att en närliggande stjärna (TRAPPIST-1) hade ett system med inte mindre än sju steniga planeter. Sen den tiden, astronomer har genomfört alla typer av uppföljande observationer och studier i hopp om att lära sig mer om dessa exoplaneter. Särskilt, de har försökt ta reda på om någon av planeterna i stjärnornas beboeliga zoner (HZ) faktiskt kan vara beboelig.

Många av dessa studier har handlat om huruvida TRAPPIST-1-planeterna har tillräckligt med vatten på sina ytor. Men lika viktig är frågan om någon har livskraftiga atmosfärer eller inte. I en nyligen genomförd studie som ger en översikt över alla observationer hittills på TRAPPIST-1-planeter, ett team fann att beroende på planeten i fråga, de kommer sannolikt att ha bra atmosfär, om någon alls.

Studien, som nyligen dök upp i tidningen Astrobiologi , utfördes av ett internationellt team av forskare från Geneva Astronomical Observatory (GAO), universitetet i Bern, Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (LAB), Astrophysics Research Group vid Imperial College London, och Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) vid University of Colorado.

Initialt, det var ett team av astronomer från universitetet i Liège, Belgien, som upptäckte tre av systemets exoplaneter med hjälp av transitspektroskopi. För denna metod, astronomer övervakar stjärnor för nedgångar i deras ljusstyrka, som är resultatet av planeter som passerar framför stjärnan i förhållande till observatören.

Systemet fick namnet TRAPPIST-1 för att hedra instrumentet som användes för att upptäcka dem, Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST), beläget vid ESO:s La Silla-observatorium i Chile och Observatoire de l'Oukaïmeden i Marocko. I februari 2017, existensen av ytterligare fyra exoplaneter bekräftades, samt det faktum att tre kretsade med stjärnans HZ.

Sen dess, TRAPPIST-1-systemet har ansetts vara en utmärkt kandidat av astronomer för exoplanetforskning. Det finns ett antal anledningar till detta, vilket Martin Turbet (en postdoktor vid GAO och huvudförfattaren till studien) förklarade för Universe Today via e-post:

"TRAPPIST-1-systemet är mycket väl lämpat för studier av beboelighet eftersom det är planetsystemet av potentiellt beboeliga exoplaneter som är lättast att observera och därmed karakterisera med teleskop. Detta beror främst på att (1) TRAPPIST-1 systemet är mycket nära (39 ljusår från oss), (ii) planeterna passerar (ofta) framför sin stjärna, och (iii) värdstjärnan TRAPPIST-1 är en ultrasval dvärg med en extremt liten radie."

Kortfattat, att ha sju exoplaneter runt en stjärna innebär att det kommer att finnas gott om möjligheter att se dem göra transiter framför stjärnan. Vid dessa tillfällen, astronomer kan samla spektra från planeten när ljuset från stjärnan passerar runt planeten och genom dess atmosfär (en process som kallas transmissionsspektroskopi). Forskare kan sedan undersöka dessa data för att avgöra vilka kemiska grundämnen som finns.

Eftersom TRAPPIST-1 är en stjärna av M-typ (röd dvärg) - som har låg massa, Häftigt, och relativt svagt jämfört med andra typer av stjärnor - transmissionsspektroskopi som erhålls från dess planeter är mindre sannolikt att bli föremål för transitljuskällans effekt (TLSE, eller "stjärnkontamination"). Det är här spektraavläsningar som erhålls från planeterna kastas av spektra från själva stjärnan.

Dock, inte all forskning som har gjorts hittills har varit särskilt uppmuntrande. Faktiskt, flera studier har utförts som indikerade att för några av TRAPPIST-1-planeterna, vatten kan utgöra en stor del av deras massa (gör dem till "vattenvärldar"). Dessutom, det finns röda dvärgstjärnors natur, som är benägna att blossa upp som kan orsaka förödelse på deras planeters atmosfär.

Dock, andra studier har funnit att exoplaneter som kretsar kring röda dvärgar fortfarande kan vara beboeliga så länge de hade tillräckligt med atmosfärer och molntäcke för att hantera strålningen. För att bedöma sannolikheten att TRAPPIST-1-planeterna hade sådana atmosfärer, Turbet och hans kollegor övervägde all data som hittills har erhållits om TRAPPIST-1-systemet.

Detta inkluderar transitobservationer gjorda av planeterna, såväl som densitetsmätningar, transmissionsspektroskopi, systemets bestrålningsmiljö, teorier om planetbildning och migration, planeternas omloppsstabilitet, klimatmodellering, och modeller som överväger hur mycket gas planeterna förlorar till rymden (aka. flyktmodeller).

"Vi granskade alla befintliga arbeten på ämnet, allt från observationer med de bästa tillgängliga teleskopen (rymdteleskopet Hubble, Spitzer rymdteleskop, Mycket stort teleskop, etc.) till de mest sofistikerade teoretiska modellerna såsom tredimensionella numeriska klimatmodeller, sa Turbet.

Det de hittade var ganska uppmuntrande. Till att börja, de kunde fastställa att de flesta av TRAPPIST-1-planeterna var molnfria, lågmolekylära atmosfärer, liknande hur jordens uratmosfär var. Andra, de hittade övertygande bevis för att de planeter som hade atmosfär sannolikt var sammansatta av element som har högre atomvikter. Turbet sa, "Vi fastställde att de sju TRAPPIST-1-planeterna sannolikt inte kommer att ha vätedominerade atmosfärer. Vi föreslog också att atmosfärerna (om sådana finns) på TRAPPIST-1-planeterna är mest sannolikt att vara koldioxiddominerade, syredominerad eller vattendominerad."

Med andra ord, av de sju TRAPPIST-1-planeterna, de som har atmosfärer kommer sannolikt att ha den typen som är gynnsamma för livet (åtminstone som vi känner det). Det betyder koldioxid, en viktig klimatstabilisator som är nödvändig för fotosyntetiska organismer, syrgas, kväve, och flyktiga ämnen som vatten. Det inkluderar även molntäcke, vilket inte bara är en indikation på vatten, men ger skydd mot stjärnstrålning.

Tyvärr, Turbet och hans kollegor kan inte med tillförsikt säga att TRAPPIST-1-planeterna har atmosfärer med alla dessa element. Denna studie gör, dock, sätta begränsningar för den möjligheten baserat på vad vi vet om systemet hittills. I slutet, att veta om någon av exoplaneterna i detta system är beboeliga måste vänta på nästa generations teleskop. Turbet sa, "Nästa generations uppdrag – särskilt James Webb Space Telescope och de nära-infraröda markbaserade spektrograferna – kommer att ha kraften att upptäcka "tunga" molekyler som koldioxid, syre, metan, etc. och därmed kan de ha potential att avgöra om TRAPPIST-1-planeterna har atmosfärer eller inte, och i så fall, vad de är gjorda av."

JWST är planerad att lanseras nästa år, medan markbaserade teleskop utrustade med nästa generations spektrografer förväntas komma online under detta decennium. Med dessa och ännu kraftfullare instrument planerade för framtiden, astronomer förväntar sig att äntligen veta säkert om det finns liv bortom jorden i vårt hörn av galaxen.