Ett år sedan, Jag skrev en artikel om den anmärkningsvärda upptäckten av TRAPPIST-1 planetsystem, ett system av sju tempererade jordplaneter som kretsar kring en ultrasval röd dvärgstjärna. Detta var en enorm astronomisk upptäckt eftersom dessa lågmassastjärnor är de mest talrika i vår galax, och upptäckten av potentiellt beboeliga planeter runt en av dem fick många människor att spekulera om livets existens där och på andra ställen i vår galax runt liknande stjärnor.

Detta tillkännagivande inspirerade också många ytterligare studier av astronomer över hela världen, som har använt ytterligare instrument och kört komplexa modeller för att bättre förstå detta planetsystem och dess potential för liv.

Ett år senare, det verkar för mig att det är dags att ge dig en uppdatering om vad vi har lärt oss om detta planetsystem, som ligger bara 41 ljusår från jorden.

Bättre förståelse för planetsystemet

Mellan december 2016 och mars 2017, ytterligare data om TRAPPIST-1 samlades in med hjälp av rymdfarkosten Kepler i K2-programmet. Kepler designades för att mäta transiter av exoplaneter, men observationer av TRAPPIST-1 var en stor utmaning även för detta anmärkningsvärda rymdskepp för planetjakt eftersom TRAPPIST-1 är mycket svagt i synligt ljus. Under sin livstid, astronomer har lärt sig mycket om Keplers många förmågor, inklusive bättre sätt att nå den känslighet som är nödvändig för att upptäcka signaturer av TRAPPIST-1-typ transiteringar (vanligtvis 0,1% flödet av stjärnan). Författarna till en artikel publicerad i maj 2017 i Natur kunde begränsa omloppsperioden för den yttersta planeten, TRAPPIST-1h (P =18,766 dagar). Deras arbete visar att de sju planeterna är, som misstänkt, i trekroppsresonanser i en komplex kedja som antyder god stabilitet under en mycket lång tidsperiod.

Tänk på att vi inte ser planeterna utan bara upptäcker deras skugga med hjälp av transittekniken som ger oss en bra uppskattning av en planets storlek och dess bana. Dock, att verkligen förstå naturen hos en planet, vi måste också bestämma dess densitet, och därav dess massa. I ett försök att uppskatta massa i flera system, astronomer har använt en teknik som kallas transit-timing variations (eller TTV). Denna teknik består av att mäta ett litet skift i tidpunkten för en transitering orsakad av gravitationell interaktion med de andra planeterna i systemet. Med hjälp av en ny algoritm och en komplett uppsättning data, inklusive data från både TRAPPIST och K2, ett team av forskare har förbättrat densitetsmätningarna av TRAPPIST-1-planeterna avsevärt, som sträcker sig från 0,6 till 1,0 gånger jordens densitet, eller en täthetsmätning som liknar det vi ser på de jordiska planeterna i vårt solsystem. Om vi ​​också överväger mängden ljus vi får från dessa planeter, TRAPPIST-1 e är förmodligen den mest jordliknande i systemet. En artikel som publicerades i februari 2018 inkluderade också en diskussion om dessa planeters inre och föreslog att TRAPPIST-1 c och e har stora steniga interiörer och -b, -d, -f, -g ska ha tjock atmosfär, hav, eller isiga skorper.

För att förstå ett planetsystem, vi behöver korrekt information om dess mest massiva föremål, dess stjärna. Stjärnastronomer har förbättrat sin kunskap om TRAPPIST-1s stjärna och uppskattar nu dess ålder till mellan 5 och 10 miljarder år, vilket gör den äldre än vår sol. Denna uppskattning är baserad på olika metoder, inklusive studiet av dess verksamhet, dess rotationshastighet, och dess läge i Vintergatan. Dess massa har också reviderats till 9% av vår sols massa, vilket något påverkar planetens avstånd från värdstjärnan.

Medan man observerar TRAPPIST -systemet, astronomer har också upptäckt starka stjärnliknande flammor (sett, till exempel, mot slutet av K2-observationerna). UV -övervakning av Hubble rymdteleskop och av XMM/Newton i kombination med modellering visade att de inre planeterna kan ha tappat en stor mängd vatten, men de yttersta behåller nog det mesta av sina. Komplexiteten i dessa avgasningsmodeller och interaktioner med stjärnvinden, i kombination med planetmassor, är nyckeln till att förstå naturen hos TRAPPIST-1s planeter och deras potentiella beboelighet.

Dynamiker, som representerar en annan viktig astronomisk underdisciplin, har också intresserat sig för detta komplexa system. Med sju planeter som omger en stjärna med låg massa, man kan legitimt undra om systemstabilitet. Deras modeller visar oss att systemet kan vara stabilt över miljarder år, vilket är enastående nyheter om du vill att livet ska blomstra där.

Nya experiment och innovativa idéer

Vi har nu ett entydigt bevis på förekomsten av TRAPPIST-1-planeterna, och vi vet om deras banor, deras storlek, och deras massa, men mycket återstår att lära innan vi kan hävda att de har flytande vatten på ytan, och vi behöver veta mycket mer än så innan vi kan dra slutsatsen att dessa planeter kan vara beboeliga, eller bebodda.

En av de viktigaste utmaningarna för att beräkna yttemperaturen på en planet är dess atmosfärs existens och sammansättning. Atmosfären kan fungera som en filt, värmer upp planetytan. Med hjälp av rymdteleskopet Hubble, astronomer har försökt upptäcka närvaron av rika vätedominerade atmosfärer runt TRAPPIST-1 planeter d, e, f, och g. Flerfärgstransitthändelser som tagits i nära-infrarött har uteslutit en sådan atmosfär för planeter d, e, och f. En H2-dominerad atmosfär skulle leda till höga yttemperaturer och tryck, som är oförenliga med närvaron av flytande vatten. Denna negativa upptäckt tyder på att dessa planeter kan ha en jordliknande atmosfär med ett tempererat ytklimat, vilket är mer goda nyheter om, som jag, du är intresserad av beboelighet.

Om liv dök upp på en TRAPPIST-1 planet vid en tidpunkt då det var gästvänligt, vad är chansen att det sprids över hela systemet? Två astronomer diskuterade denna hypotes i en kort artikel publicerad i juni 2017 och använde en enkel modell för lithopanspermia (överföring av organismer i bergarter från en planet till en annan antingen genom interplanetär) för att upptäcka att sannolikheten för att det händer är storleksordningar högre än för Jord-till-Mars-systemet. I kompakt TRAPPIST-1, sannolikheten för påverkan är högre och transittiden mellan planeterna är kortare, vilket gör kontaminering bland planeter mer sannolikt. De drog slutsatsen att troligen abiogenes (livets utseende) förbättras för TRAPPIST-1. Självklart, detta är rena spekulationer baserade på fysiska överväganden som måste backas upp av observationer, men det förstärkte vikten av att hitta sådana kompakta miniplanetsystem någon annanstans i galaxen.

Livet kan existera på såväl månar som planeter, och en måne kan vara en betydande bidragsgivare till närvaron av liv eftersom dess blotta närvaro kan stabilisera planetens rotationsaxel och skapa tidvattenpooler som kan vara nödvändiga för att komplexa molekyler ska bildas och interagera. Inga månar har upptäckts runt TRAPPIST-1-planeterna, även om Spitzer -observationerna kunde upptäcka en måne lika stor som jordens. Teoretisk studie visar att de inre planeterna (-b till -e) sannolikt inte har små månar på grund av närheten till deras stjärna och andra planeter. Vi kan ännu inte upptäcka närvaron av en liten måne som cirkulerar en av de yttersta planeterna, och kommer inte att kunna upptäcka en utan att använda större teleskop i rymden och på marken.

Induktionsuppvärmning är en process som används på jorden för att smälta metall. Det uppstår när vi ändrar magnetfältet i ett ledande medium, som sedan sprider energin genom värme. Astronomer har vetat i några år att stjärnor av M-typ som TRAPPIST-1 har ett starkt magnetfält. En grupp astronomer studerade effekten av ett så starkt magnetfält på planeternas inre i ett system som lutar i förhållande till deras stjärnas magnetfält. Om vi ​​antar en planetarisk inredning och sammansättning som liknar jorden, de bestämde att de tre innersta planeterna (-b, -c, -d) bör uppleva ökad vulkanaktivitet och avgasning, och i vissa extrema fall har utvecklat ett magmahav med plattektonik och storskaliga jordbävningar, jämförbar med Io, en satellit av Jupiter. På nytt, detta resultat är extremt modellberoende eftersom vi ännu inte har en klar uppfattning om den inre sammansättningen av dessa planeter, vilket direkt kommer att påverka styrkan på induktionsvärmen. Dock, om de verkligen är jordliknande i sammansättning, de kan vara en helvetesversion av vår egen planet.

Andra forskare har också diskuterat förekomsten av betydande platttektonik och intensiva jordbävningar i detta system på grund av tidvattenstress som introduceras av planet-till-stjärna och planet-till-planet-interaktioner. Om aktiviteten är rätt, några av TRAPPIST-1-planeterna kan verkligen likna jorden med motsvarigheten till kontinentalplattor, havsbotten, och aktiva vulkaner, men en dag måste vi ta en bild för att bekräfta detta.

Vad kommer härnäst?

Jag har sammanfattat några av de senaste artiklarna som publicerats under de senaste två åren om det underbara TRAPPIST-1-systemet. Denna lista är inte uttömmande och jag missade förmodligen några intressanta idéer och nya hypoteser om detta komplexa system.

Men en sak är kristallklar:Mina avläsningar har gjort mig (och många andra) glada över vad vi kan hitta från ytterligare observationer med stora markbaserade teleskop, inklusive ett extremt stort teleskop (som TMT, ELT, eller GMT), eller James Webb Space Telescope (JWST). Var och en av dessa faciliteter behövs för att begränsa våra modeller och förfina vår förståelse av detta system. Till exempel, Långsiktig övervakning av systemet med dessa anläggningar kommer att lägga ytterligare begränsningar på närvaron av månar i systemet. Med hjälp av den exakta fotometri som möjliggjorts av JWST, astronomer hoppas kunna begränsa planetmassor och banor till en stor noggrannhet, härleda sammansättningen av deras atmosfärer, konstruera kartor över rå temperatur över alla planeter i TRAPPIST-1-systemet.

Efter 2020, om allt går bra med JWST och om rymdteleskopet ger de fantastiska data som vi förväntar oss, vi kan ha en rå karta över TRAPPIST-1-planeterna, liknande den grova bilden av Pluto gjord med Hubble Space Telescope och senare validerad av New Horizons Spacecraft.

På mindre än två decennier, närliggande planetsystem som TRAPPIST-1 kommer att bli vår kosmiska bakgård, och om allt går som planerat med uppdrag som TESS, PLATO, ARIEL, och JWST såväl som ELT:erna, vi kommer snart att lära oss hemligheterna i de exotiska världar som, Jag är övertygad, kommer att överraska oss med deras mångfald, precis som vårt eget solsystem har överraskat oss under de senaste två decennierna, överraskar oss idag, och kommer säkert att fortsätta överraska oss i framtiden.