TRAPPIST-1-solsystemet genererade en dyning av intresse när det observerades för flera år sedan. Under 2016 upptäckte astronomer som använde Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) vid La Silla-observatoriet i Chile två steniga planeter som kretsade runt den röda dvärgstjärnan, som fick namnet TRAPPIST-1. Sedan, 2017, fann en djupare analys ytterligare fem steniga planeter.
Det var en anmärkningsvärd upptäckt, särskilt eftersom upp till fyra av dem kunde vara på rätt avstånd från stjärnan för att ha flytande vatten.
TRAPPIST-1-systemet får fortfarande mycket vetenskaplig uppmärksamhet. Potentiella jordliknande planeter i en stjärnas beboeliga zon är som magneter för planetforskare.
Att hitta sju av dem i ett system är en unik vetenskaplig möjlighet att undersöka alla typer av sammanlänkade frågor om exoplaneternas beboelighet. TRAPPIST-1 är en röd dvärg, och en av de mest framträdande frågorna om exoplanets beboelighet gäller röda dvärgar (M-dvärgar.) Driver dessa stjärnor och deras kraftfulla bloss atmosfärerna bort från deras planeter?
Ny forskning godkänd för publicering i Planetary Science Journal och tillgänglig på preprint-servern arXiv , undersöker atmosfärisk flykt på TRAPPIST-1-planeterna. Dess titel är "Konsekvenserna av termisk hydrodynamisk atmosfärisk flykt på TRAPPIST-1-planeterna." Megan Gialluca, doktorand vid Institutionen för astronomi och astrobiologiprogram vid University of Washington, är huvudförfattare.
De flesta stjärnor i Vintergatan är M-dvärgar. Som TRAPPIST-1 klargör kan de vara värd för många jordlevande planeter. Stora planeter i Jupiterstorlek är jämförelsevis sällsynta runt dessa typer av stjärnor.
Det är en tydlig möjlighet att de flesta jordiska planeter är i omloppsbana runt M dvärgar.
Men M-dvärgblossning är ett känt problem. Även om M-dvärgar är mycket mindre massiva än vår sol, är deras bloss mycket mer energiska än allt som kommer från solen. Vissa M dvärgbloss kan fördubbla stjärnans ljusstyrka på bara några minuter.
Ett annat problem är tidvattenlåsning. Eftersom M-dvärgar avger mindre energi, är deras beboeliga zoner mycket närmare än zonerna runt en huvudsekvensstjärna som vår sol. Det betyder att potentiellt beboeliga planeter är mycket mer benägna att vara tidvattenlåsta till sina stjärnor.
Det skapar en hel mängd hinder för beboelighet. Ena sidan av planeten skulle bära bördan av blossningen och värmas upp, medan den andra sidan skulle vara ständigt mörk och kall. Om det finns en atmosfär kan det bli extremt kraftiga vindar.
"Eftersom M-dvärgar är de vanligaste stjärnorna i vårt lokala stjärnområde, är huruvida deras planetsystem kan hysa liv en nyckelfråga inom astrobiologi som kan vara mottaglig för observationstester inom en snar framtid", skriver författarna. "Terrestra planetariska mål av intresse för atmosfärisk karakterisering med M dvärgvärdar kan vara tillgängliga med JWST," förklarar de.
De påpekar också att framtida stora markbaserade teleskop som European Extremely Large Telescope och Giant Magellan Telescope också skulle kunna hjälpa till, men de är år borta från att vara i drift.
Röda dvärgar och deras planeter är lättare att observera än andra stjärnor och deras planeter. Röda dvärgar är små och svaga, vilket betyder att deras ljus inte dränker planeter lika mycket som andra huvudsekvensstjärnor gör. Men trots sin lägre ljusstyrka och ringa storlek innebär de utmaningar för beboelighet.
M-dvärgar har en längre fas före huvudsekvensen än andra stjärnor och är som ljusast under denna tid. När de väl är på huvudsekvensen har de ökad stjärnaktivitet jämfört med stjärnor som vår sol. Dessa faktorer kan båda driva bort atmosfärer från närliggande planeter. Även utan utblossning får planeten närmast TRAPPIST-1 (T-1 härefter) fyra gånger mer strålning än jorden.
"Förutom luminositetsutvecklingen, ökar den ökade stjärnaktiviteten också den stellar XUV av M dvärgstjärnor, vilket ökar atmosfärisk förlust", skriver författarna. Detta kan också göra det svårt att förstå spektra från planetariska atmosfärer genom att skapa falska positiva biosignaturer. Exoplaneter runt M-dvärgar förväntas ha tjocka atmosfärer som domineras av abiotiskt syre.
Trots utmaningarna är T-1-systemet ett utmärkt tillfälle att studera M-dvärgar, atmosfärisk flykt och stenig planets beboelighet. "TRAPPIST-1 är ett högprioriterat mål för JWST General and Guaranteed Time Observations", skriver författarna. JWST har observerat delar av T-1-systemet, och den data är en del av detta arbete.
I detta arbete simulerade forskarna tidiga atmosfärer för var och en av TRAPPIST-1 (T-1 härefter) planeter, inklusive olika initiala vattenmängder uttryckta i terrestriska oceaner (TO.) De modellerade också olika mängder stjärnstrålning över tiden. Deras simuleringar använde de senaste uppgifterna för T-1-planeterna och använde en mängd olika planetära evolutionsspår.
Resultaten är inte bra, särskilt för planeterna närmast den röda dvärgen.
"Vi finner att de inre planeterna T1-b, c och d sannolikt är uttorkade för alla utom de största initiala vattenhalterna (>60, 50 respektive 30 TO) och löper störst risk för fullständig atmosfärisk förlust på grund av deras närhet till värdstjärnan", förklarar forskarna. Beroende på deras initiala TO kunde de dock behålla betydande syre. Det syre kan vara ett falskt positivt för biosignaturer.
De yttre planeterna klarar sig lite bättre. De kunde behålla en del av sitt vatten om inte deras initiala vatten var lågt vid cirka 1 TO. "Vi finner att T1-e, f, g och h förlorar som mest ungefär 8,0, 4,8, 3,4 respektive 0,8 TO", skriver de. Dessa yttre planeter har förmodligen mer syre än de inre planeterna också. Eftersom T1-e, f och g är i stjärnans beboeliga zon är det ett spännande resultat.
T-1c är av särskilt intresse eftersom den i sina simuleringar behåller mest atmosfäriskt syre oavsett om den initiala TO var hög eller låg.
Den potentiella beboeligheten för T-1-planeter är en viktig fråga inom exoplanetvetenskap. Typen av stjärna, antalet steniga planeter och hur lätt det är att observera placerar den överst på listan över observationsmål. Vi kommer aldrig riktigt att förstå exoplaneternas beboelighet om vi inte kan förstå detta system. Det enda sättet att förstå det bättre är att observera det mer noggrant.
"Dessa slutsatser motiverar uppföljande observationer för att söka efter närvaron av vattenånga eller syre på T1-c och framtida observationer av de yttre planeterna i TRAPPIST-1-systemet, som kan ha betydande vatten", skriver författarna i sin slutsats.
Mer information: Megan T. Gialluca et al, Implikationerna av termisk hydrodynamisk atmosfärisk flykt på TRAPPIST-1-planeterna, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2405.02401
Journalinformation: The Planetary Science Journal , arXiv
Tillhandahålls av Universe Today
