Alla stjärnor är inte som solen, så alla planetsystem kan inte studeras med samma förväntningar. Ny forskning från ett team av astronomer som leds av University of Washington ger uppdaterade klimatmodeller för de sju planeterna runt stjärnan TRAPPIST-1.

Arbetet kan också hjälpa astronomer att mer effektivt studera planeter runt stjärnor till skillnad från vår sol, och bättre använda de begränsade, dyra resurser från rymdteleskopet James Webb, nu förväntas lanseras 2021.

"Vi modellerar okända atmosfärer, inte bara anta att de saker vi ser i solsystemet kommer att se ut på samma sätt runt en annan stjärna, " sa Andrew Lincowski, UW doktorand och huvudförfattare till en artikel publicerad 1 november in Astrofysisk tidskrift . "Vi genomförde den här forskningen för att visa hur dessa olika typer av atmosfärer kan se ut."

Teamet hittade, kort sagt, att på grund av en extremt varm, ljus tidig stjärnfas, alla sju stjärnans världar kan ha utvecklats som Venus, med alla tidiga hav som de kan ha avdunstat och lämnat täta, obeboeliga atmosfärer. Dock, en planet, TRAPPIST-1 e, kan vara en jordliknande havsvärld värd att studera vidare, som tidigare forskning också har visat.

TRAPPIST-1, 39 ljusår eller cirka 235 biljoner miles bort, är ungefär så liten som en stjärna kan vara och fortfarande vara en stjärna. En relativt cool "M-dvärg"-stjärna - den vanligaste typen i universum - den har cirka 9 procent av solens massa och cirka 12 procent av dess radie. TRAPPIST-1 har en radie som bara är lite större än planeten Jupiter, även om den är mycket större i massa.

Alla sju TRAPPIST-1s planeter är ungefär lika stora som jorden och tre av dem - planeter märkta e, f och g – tros vara i sin 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. TRAPPIST-1 d rider på den inre kanten av den beboeliga zonen, medans längre ut, TRAPPIST-1 h, kretsar precis förbi den zonens yttre kant.

"Detta är en hel sekvens av planeter som kan ge oss insikt i planeternas utveckling, speciellt kring en stjärna som skiljer sig mycket från vår, med annat ljus som kommer från den, sade Lincowski. Det är bara en guldgruva.

Tidigare tidningar har modellerat TRAPPIST-1-världar, Lincowski sa, men han och det här forskarlaget "försökte göra den mest rigorösa fysiska modelleringen som vi kunde när det gäller strålning och kemi - att försöka få fysiken och kemin så rätt som möjligt."

Teamets strålnings- och kemimodeller skapar spektrala, eller våglängd, signaturer för varje möjlig atmosfärisk gas, gör det möjligt för observatörer att bättre förutsäga var de ska leta efter sådana gaser i exoplanetatmosfärer. Lincowski sa att när spår av gaser faktiskt upptäcks av Webb-teleskopet, eller andra, någon dag, "astronomer kommer att använda de observerade stötarna och vickningarna i spektrat för att sluta sig till vilka gaser som finns - och jämföra det för att fungera som vårt för att säga något om planetens sammansättning, miljön och kanske dess evolutionära historia."

Han sa att människor är vana vid att tänka på en planets beboelighet runt stjärnor som liknar solen. "Men M dvärgstjärnor är väldigt olika, så du måste verkligen tänka på de kemiska effekterna på atmosfären och hur den kemin påverkar klimatet."

Kombinera jordbunden klimatmodellering med fotokemimodeller, forskarna simulerade miljötillstånd för var och en av TRAPPIST-1:s världar.

Deras modellering indikerar att:

• TRAPPIST-1 b, närmast stjärnan, är en flammande värld för varm även för moln av svavelsyra, som på Venus, att forma.
• Planeterna c och d får något mer energi från sin stjärna än vad Venus och jorden gör från solen och kan vara Venusliknande, med en tät, obeboelig atmosfär.
• TRAPPIST-1 e är den mest sannolika av de sju som är värd för flytande vatten på en tempererad yta, och skulle vara ett utmärkt val för vidare studier med beboelighet i åtanke.
• De yttre planeterna f, g och h kan vara Venus-liknande eller kan vara frysta, beroende på hur mycket vatten som bildades på planeten under dess utveckling.

Lincowski sa att i verkligheten, någon eller alla TRAPPIST-1s planeter kan vara Venus-liknande, med något vatten eller hav som länge bränts bort. Han förklarade att när vatten avdunstar från en planets yta, ultraviolett ljus från stjärnan bryter isär vattenmolekylerna, frigör väte, som är det lättaste elementet och kan undkomma en planets gravitation. Detta kan lämna efter sig mycket syre, som skulle kunna stanna kvar i atmosfären och irreversibelt ta bort vatten från planeten. En sådan planet kan ha en tjock syreatmosfär – men inte en som genereras av liv, och skiljer sig från allt som ännu observerats.

"Detta kan vara möjligt om dessa planeter hade mer vatten från början än jorden, Venus eller Mars, " sa han. "Om planeten TRAPPIST-1 e inte förlorade allt sitt vatten under denna fas, idag kan det vara en vattenvärld, helt täckt av ett globalt hav. I detta fall, det kan ha ett klimat som liknar jorden."

Lincowski sa att denna forskning gjordes mer med ett öga på klimatutvecklingen än för att bedöma planeternas beboelighet. Han planerar framtida forskning som fokuserar mer direkt på modellering av vattenplaneter och deras chanser för liv.

"Innan vi visste om detta planetsystem, uppskattningar för detekterbarheten av atmosfärer för planeter i jordstorlek såg mycket svårare ut, " sa medförfattaren Jacob Lustig-Yaeger, en UW astronomi doktorand.

Stjärnan är så liten, han sa, kommer att göra signaturerna för gaser (som koldioxid) i planetens atmosfärer mer uttalade i teleskopdata.

"Vårt arbete informerar forskarsamhället om vad vi kan förvänta oss att se för TRAPPIST-1-planeterna med det kommande rymdteleskopet James Webb."

Lincowskis andra UW-medförfattare är Victoria Meadows, professor i astronomi och chef för UW:s astrobiologiprogram. Meadows är också huvudutredare för NASA Astrobiology Institutes Virtual Planetary Laboratory, baserad på UW. Alla författarna var dotterbolag till det forskningslaboratoriet.

"Processerna som formar utvecklingen av en jordisk planet är avgörande för om den kan vara beboelig eller inte, såväl som vår förmåga att tolka möjliga livstecken, " Sade Meadows. "Det här dokumentet antyder att vi snart kan söka efter potentiellt detekterbara tecken på dessa processer på främmande världar."

TRAPPIST-1, i Vattumannens konstellation, är uppkallad efter det markbaserade Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, anläggningen som först hittade bevis på planeter runt den 2015.