Ett av de mest fängslande stjärnsystemen bortom solsystemet finns i vår galaktiska bakgård. Det kan vara en vanlig röd dvärgstjärna, men de exoplaneter som de har är allt annat än vanliga. Faktiskt, nya observationer har visat att de utomjordiska världarna i TRAPPIST-1 kan vara mycket speciella.

Ligger 40 ljusår från jorden, TRAPPIST-1 är en miniversion av vårt solsystem. Minst sju små exoplaneter av jordliknande dimensioner kretsar runt den ultrakoola röda dvärgen, varav tre kretsar kring sin stjärna i den beboeliga zonen. Det är området runt en stjärna där det varken är för varmt eller för kallt för att flytande vatten ska existera på en exoplanets yta.

Upptäckten av någon beboelig zon exoplanet, särskilt små och steniga, har konsekvenser för möjligheten att hitta utomjordiskt liv. Men att helt enkelt hitta världar som kretsar inuti en liten stjärnas beboeliga zon betyder inte att dessa exoplaneter verkligen är beboeliga. Zonen ger bara en guide om var du ska leta. Kemin för livet i dessa exoplanetära atmosfärer (om de ens har atmosfärer) måste studeras innan en exoplanet verkligen kan anses ha livgivande egenskaper.

Nu har astronomer påbörjat den processen för världarna som kretsar kring TRAPPIST-1 och dragit slutsatsen att de kan innehålla vatten. Jättemånga och massor av vatten.

Ånga, Flytande och isvärldar?

De första exoplaneterna TRAPPIST-1 upptäcktes i observationer av TRAPPIST-South-teleskopet vid European Southern Observatory's La Silla-plats i Chile, år 2016. ESO:s Very Large Telescope (även i Chile) och NASA:s rymdteleskop Spitzer slog sedan in och bestämde att det inte fanns mindre än sju små exoplaneter i systemet. Världarna fick namnet TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g och h, på ökande avstånd från centralstjärnan. Fem av exoplaneterna (TRAPPIST-1b, c, e, f och g) är ungefär jordstora, och två (TRAPPIST-1d och h) är mindre. Det är TRAPPIST-1e, f och g som finns i stjärnans beboeliga zon. Upptäckten av systemet med sju exoplanetstjärnor är utan motstycke, och systemets beboeliga potential fängslade världen.

I en TRAPPIST-1-studie som ska publiceras i tidskriften Astronomy &Astrophysics, forskare har tagit all information vi vet om det fascinerande systemet, köra den genom datormodeller och bestämde exoplaneternas densitet till stor precision. Detta innebär att planetforskare kan ta ett stick på sina kompositioner och därför göra högutbildade gissningar om vilka kemikalier som finns. De kan till och med få en aning om vad de se tycka om.

"TRAPPIST-1-planeterna är så nära varandra att de stör varandra gravitationellt, så tiderna när de passerar framför stjärnan skiftar något, "sa Simon Grimm, i ett uttalande från ESO. Grimm arbetar vid universitetet i Bern i Schweiz och ledde studien. "Dessa förändringar beror på planetenas massor, deras avstånd och andra orbitalparametrar. Med en datormodell, vi simulerar planets banor tills de beräknade transiterna överensstämmer med de observerade värdena, och därmed härleda planetmassorna, " han fortsatte.

När Grimms team omsorgsfullt lade ihop allt detta fann de att exoplaneternas täthet visar att de inte är karga, steniga världar; istället, stora mängder flyktigt material finns. Flyktiga kemikalier inkluderar vatten, koldioxid, metan och andra, men astronomer vet från tidigare observerade protoplanetära diskar runt unga stjärnor att vattens spektroskopiska signatur är dominerande. Därför, forskarna drar slutsatsen att flyktiga ämnen i TRAPPIST-1:s världar huvudsakligen kommer att bestå av vatten, massor av det. I vissa fall, studien uppskattar att upp till 5 procent av den exoplanetära massan består av vatten - det är 250 gånger mer vatten än alla hav på jorden!

"Tätheter, medan viktiga ledtrådar till planeternas kompositioner, säg inget om bostad. Dock, vår studie är ett viktigt steg framåt när vi fortsätter att undersöka om dessa planeter kan stödja livet, "tillade medförfattaren Brice-Olivier Demory, även vid universitetet i Bern, i samma ESO -uttalande.

Eftersom dessa Trappist-1-världar kretsar runt stjärnan på olika avstånd, vattnet kommer att vara i olika faser, beroende på världen. De innersta (och därför varmaste) exoplaneterna verkar vara steniga och sannolikt ha mycket tät och ångande atmosfär, medan de yttersta världarna kommer att frysas och täckas med ett lager is. TRAPPIST-1e anses vara den mest "jordliknande" världen i systemet, troligen har en tät järnkärna, stenig inredning och, eventuellt, en tunn atmosfär.

Exoplanetära överraskningar

Alla dessa densitetsberäkningar har gett några överraskande insikter. Till exempel, de tätaste planeterna i Trappist-1-systemet är inte de som ligger närmast stjärnan. Dessutom, de kallare planeterna verkar inte kunna ha tjocka atmosfärer.

Båda dessa observationer kom från medförfattaren Caroline Dorn, som arbetar vid universitetet i Zürich, Schweiz.

Även om dessa fynd är övertygande, andra observationer med hjälp av rymdteleskopet Hubble har inte lyckats upptäcka närvaron av väte i TRAPPIST-1 exoplanetära atmosfärer. Att upptäcka väte skulle lägga till bevis för närvaron av vatten. Så, det verkar som om vi får vänta på nästa generation av observatorier, till exempel NASA:s James Webb rymdteleskop, det kommer att vara tillräckligt kraftfullt för att upptäcka de tecken på vatten.

Och även om TRAPPIST-1 har alla ingredienser för bona fide beboeliga exoplaneter, karaktären hos röda dvärgstjärnsystem skiljer sig mycket från vårt solsystem. Eftersom röd dvärg beboelig zoner är närmare sina stjärnor, alla exoplaneter i beboelig zon kommer att utsättas för ökade strålningsnivåer. Om inte dessa världar har kraftfulla magnetfält och tjocka atmosfärer för att avböja och absorbera rymdväderanfallet, livet som vi känner det kan tycka att det är utmanande att utvecklas. Också, eftersom dessa system är så kompakta, tidvattenlåsning kommer att vara ett annat problem. Det är där ett halvklot av alla kretsande exoplaneter ständigt kommer att möta stjärnan. Det är svårt att föreställa sig en beboelig värld när ena sidan är frusen i evig natt.

Men det finns troligtvis vatten i TRAPPIST-1, så om livet kan hitta ett sätt någon annanstans i vår galax, vi skulle vara hårt pressade för att hitta en mer lämplig plats där främmande biologi kunde få fotfäste.

Om exoplaneterna TRAPPIST-1 kretsade runt solen, de skulle alla ockupera regionen inuti Merkurius bana, solsystemets innersta planet.