Ett internationellt team av astronomer som leds av University of Washington har använt data som samlats in av Kepler rymdteleskop för att observera och bekräfta detaljer om de yttersta av sju exoplaneter eller som biter på stjärnan TRAPPIST-1.

De bekräftade att planeten, TRAPPIST-1h, kretsar kring sin stjärna var 18,77 dagar, är länkad i sin omloppsbana till sina syskon och är kallt. Långt från dess värdstjärna, planeten är sannolikt obebodd-men det kanske inte alltid har varit så.

UW doktorand Rodrigo Luger är huvudförfattare på en artikel som publicerades den 22 maj i tidskriften Natur astronomi .

"TRAPPIST-1h var precis där vårt team förutspådde att det skulle vara, " sa Luger. Forskarna upptäckte ett matematiskt mönster i omloppsperioderna för de sex inre planeterna, vilket starkt tydde på en 18,77 dagars period för planet h.

"Det fick mig att oroa mig ett tag för att vi såg vad vi ville se. Det är nästan aldrig exakt som du förväntar dig på det här området - det finns vanligtvis överraskningar runt varje hörn, men teori och observation matchade perfekt i detta fall."

TRAPPIST-1 är en medelålders, extremt cool dvärgstjärna, mycket mindre ljus än solen och bara lite större än planeten Jupiter. Stjärnan, som är nästan 40 ljusår eller cirka 235 biljoner miles bort i konstellationen Vattumannen, är uppkallad efter det jordbaserade Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST), anläggningen som först hittade bevis på planeter runt den 2015.

TRAPPIST-undersökningen leds av Michael Gillon från University of Liège, Belgien, som också är medförfattare till denna forskning. 2016, Gillons team tillkännagav upptäckten av tre planeter som kretsar kring TRAPPIST-1 och detta antal höjdes till sju i en efterföljande tidning 2017. Tre av TRAPPIST-1:s planeter verkar ligga inom stjärnans beboeliga zon, det där rymden runt en stjärna där en stenig planet kan ha flytande vatten på sin yta, på så sätt ge livet en chans.

Sådana exoplaneter detekteras när de transiterar, eller passera framför, deras värdstjärna, blockerar en mätbar del av ljuset. Gillons team kunde bara observera en enda transitering under TRAP-PIST-1h, den längst ut av stjärnans sju avkommor, innan data analyseras av Lugers team.

Luger ledde en internationell forskargrupp med flera institutioner som studerade TRAPPIST-1-systemet närmare med hjälp av 79 dagars observationsdata från K2, Kepler Space Telescopes andra uppdrag. Teamet kunde observera och studera fyra transiter av TRAPPIST-1h över sin stjärna.

Teamet använde K2-data för att ytterligare karakterisera banorna för de andra sex planeterna, hjälpa till att utesluta förekomsten av ytterligare transiterande planeter, och bestäm stjärnans rotationsperiod och aktivitetsnivå. De upptäckte också att TRAPPIST-1:s sju planeter verkar sammanlänkade i en komplex dans känd som en omloppsresonans där deras respektive omloppsperioder är matematiskt relaterade och lite påverkar varandra.

"Resonanser kan vara knepiga att förstå, speciellt mellan tre kroppar. Men det finns enklare fall som är lättare att förklara, "Sade Luger. Till exempel, närmare hemmet, Jupiters månar Io, Eu-ropa och Ganymedes utspelar sig i en 1:2:4 resonans, vilket betyder att Europas omloppstid är exakt dubbelt så lång som Io, och Ganymedes är exakt dubbelt så mycket som Europa.

Dessa relationer, Luger sa, föreslog att de genom att studera omloppshastigheterna för dess grannplaneter kunde förutsäga den exakta omloppshastigheten, och därmed också omloppsperiod, av TRAP-PIST-1h redan innan K2-observationerna. Deras teori visade sig vara korrekt när de lokaliserade planeten i K2-data.

TRAPPIST-1:s sju-planeters kedja av resonanser etablerade ett rekord bland kända planetsystem, de tidigare innehavarna är systemen Kepler-80 och Kepler-223, var och en med fyra resonanta planeter. Resonanserna är "självkorrigerande, "Sa Luger, så att om en planet på något sätt skulle knuffas ur kurs, det skulle låsa sig direkt tillbaka i resonans. "När du har fastnat för denna typ av stabil resonans, det är svårt att fly, " han sa.

Allt av det här, Luger sa, indikerar att dessa banförbindelser smiddes tidigt i TRAPPIST-1-systemets liv, när planeterna och deras banor inte var helt bildade.

"Resonansstrukturen är ingen slump, och pekar på en intressant dynamisk historia där planeterna sannolikt migrerade inåt i låssteg, ", sa Luger. "Detta gör systemet till en utmärkt testbädd för teorier om planetbildning och migration."

Det betyder också att även om TRAPPIST-1h nu är extremt kall – med en medeltemperatur på 173 Kelvin (minus 148 F) – tillbringade den troligen flera hundra miljoner år i ett mycket varmare tillstånd, när värdstjärnan var yngre och ljusare.

"Vi skulle därför kunna titta på en planet som en gång var beboelig och sedan dess har frusit över, vilket är fantastiskt att tänka på och bra för uppföljningsstudier, Sa Luger.

Luger sa att han har arbetat med data från K2-uppdraget ett tag nu, forskar om sätt att minska "instrumentellt brus" i dess data till följd av trasiga reaktionshjul – små svänghjul som hjälper till att placera rymdfarkosten – som kan överväldiga planetariska signaler.

"Att observera TRAPPIST-1 med K2 var en ambitiös uppgift, sa Marko Sestovic, doktorand vid universitetet i Bern och andra författare till studien. Förutom de främmande signalerna som introducerades av rymdfarkostens vinglar, stjärnans svaghet i det optiska (det våglängdsområde där K2 observerar) placerade TRAPPIST-1h "nära gränsen för vad vi kunde detektera med K2, " sa han. För att göra saken värre, Sestovic sa, en transit av planeten sammanföll med en transit av TRAPPIST-1b, och en sammanföll med en stjärnflamma, ökar svårigheten med observationen. "Att hitta planeten var verkligen uppmuntrande, Luger sa, "eftersom det visade att vi fortfarande kan göra högkvalitativ vetenskap med Kepler trots betydande instrumentella utmaningar."

Lugers UW-medförfattare är astronomidoktoranderna Ethan Kruse och Brett Morris, postdoktor Daniel Foreman-Mackey och professor Eric Agol (Guggenheim Fellow). Agol hjälpte separat att bekräfta den ungefärliga massan av TRAPPIST-1-planeter med en teknik som han och kollegor utarbetade kallade "transittidsvariationer" som beskriver planets gravitationsbåtar på varandra.

Luger sa att TRAPPIST-1-systemets relativa närhet "gör det till ett främsta mål för uppföljning och karaktärisering med nuvarande och kommande teleskop, which may be able to give us information about these planets' atmospheric composition."