TRAPPIST-1-planeter kan hamna 250 gånger mer vatten än jordens hav

De sju planetplanerna kring den avlägsna stjärnan TRAPPIST-1 "suger" på varandra medan de reser runt sin förälderstjärna. Genom att noggrant observera dessa bogserbåtar kunde forskare samla information om planets komposition och fann att vissa av TRAPPIST-1-världarna kunde ha så mycket som 250 gånger mer vatten än mängden i alla jordens oceaner, enligt en ny studie.

Att räkna ut dessa planets sammansättning är viktigt för att bestämma om de kan stödja främmande liv. Men det är svårt att analysera dem. Till att börja med är systemet 39 ljusår bort och att skicka rymdfarkoster är omöjligt med dagens teknik. För att sätta TRAPPIST-1: s avstånd i perspektiv skulle en rymdfarkost vid solens yttre kanter, som Voyager 1-sonden, fortfarande behöva resa i över 73 000 år för att bara komma till Proxima b, vilket bara är ca 4 ljusår från jorden.

Därför har forskare vid universitetet i Bern i Schweiz tagit kreativa steg för att förstå vad varje TRAPPIST-1-värld ser ut. TRAPPIST-1 exoplaneterna är packade i en tät banbrytning kring sin svarta förälderstjärna, och är så nära varandra, att alla deras banor skulle passa in i Mercury sirkel av solen. Eftersom planeterna - som heter TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g och h -travel, kan deras gravitet göra små förändringar i andras banor. Ett internationellt team av forskare, ledd av Simon Grimm vid Center for Space and Habitability (CSH) vid universitetet i Bern, kunde upptäcka detta fenomen. [Fotografera en exoplanet: Hur svårt kan det vara?]

"I TRAPPIST-1-systemet är planeterna så nära att de stör varandra," sa Grimm i ett uttalande från Berns universitet. "Detta orsakar ett litet skift i tiderna för varje transitering." (En "transitering" refererar till när planeten verkar passera framför sin förälderstjärna som sett från jorden. Tusentals exoplaneter har upptäckts och studerats med hjälp av transiteringsmetoden.) Genom simulering av planetariska banor av TRAPPIST-1 med en algoritm tills beräkningsmodellen matchade vad astronomerna hade observerat i TRAPPIST-1-systemet, kunde laget beräkna planeternas massor. Från massdatan kan laget sedan dra ut planeternas individuella densiteter och kompositioner.

Intriguingly fann de att varje av de fem ljusaste planeterna kunde ha cirka 250 gånger mer vatten än mängden i jordens oceaner enligt ett uttalande från NASA. Upp till 5 procent av deras sammansättning kan vara vatten, medan endast 0,02 procent av jorden är vatten.

TRAPPIST-1c, d och e ligger nära stjärnans "beboeliga zon" eller den region där en stjärna får tillräckligt med strålning att vatten skulle kunna existera som en vätska på dess yta. TRAPPIST-1b, den innersta planeten, och TRAPPIST-1c har antagligen steniga interiörer och atmosfärer tätare än jordens, enligt studien. Av alla TRAPPIST-1 exoplaneterna är TRAPPIST-1d den lättaste, cirka 30 procent jordens massa. Det kan innebära att den har en stor atmosfär, ett islager eller ett hav, men forskare kan inte skilja det. TRAPPIST-1e är sannolikt en stenig planet med en tunn atmosfär. TRAPPIST-1f, g och h är så avlägsna från sin förälderstjärna att deras ytor förmodligen är täckta i is.

"Vi kunde noggrant mäta exoplanets densitet som liknar jorden med avseende på deras storlek, massa och bestrålning, med en osäkerhet på mindre än 10 procent, vilket är ett första och avgörande steg i karaktäriseringen av potentiell hållbarhet, "sade Brice-Olivier Demory, en professor vid Center for Space and Habitability och medförfattare av studien, som publicerades i slutet av januari 2018 i tidskriften Astronomy and Astrophysics.

Exoplanet-TRAPPIST-1e gav ett annat intressant funderande: Det är den mest likartade jorden i mängden strålning som den mottar från sin förälderstjärna, dess storlek och dens densitet. Och flytande vatten kan existera på ytan.

Upptäckten av TRAPPIST-1

TRAPPIST-1 är en cool dvärgstjärna som belgiska forskaren Michaël Gillon observerade för två år sedan med Transiteringsplaneten och Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) i Chile. Han gjorde en lista över 50 dvärgstjärnor, och eftersom de är små och dimmiga skulle en planet som passerar framför en av dem lättare kunna ses från jorden. På ungefär 30: e försöket observerade han planets första transitering kring TRAPPIST-1, kallad efter teleskopet. Genom att ta mer mätningar med Himalayan Chandra Telescope i Indien, och med efterföljande observationer med Spitzer Space Telescope, fick Gillon en bra känsla av hur ofta de sju planeterna kretsade sin förälderstjärna. [Exoplanet Tour: Möt 7 Earth Size Planets of TRAPPIST-1]

Storleken på planeten kan också uppskattas genom att titta på hur mycket mindre strålning jorden ser från stjärnan när en planet passerar framför den, enligt ett uttalande från Berns universitet. Men med transiteringsmetoden kan forskare inte skilja hur tätt planet är. Och densitet är viktigt, eftersom det kan erbjuda ledtrådar om vad en planet är gjord av.

Men det är där de nära banorna i TRAPPIST-1 blir speciellt praktiska. Eftersom planeterna är förpackade, ändrar de något annorlunda tiders "år". Dessa variationer i orbital timing används sedan för att uppskatta hur tung en planet är. När denna massa beräknas och jämförs med planets uppskattade radie, kan forskarna räkna ut densiteten.

"Vi vet nu mer om TRAPPIST-1 än något annat planetarsystem bortsett från våra egna", säger Sean Carey, chef för Spitzer Science Center i Caltech / IPAC i Pasadena, Kalifornien och medförfattare till den nya studien som publicerades i tidningen Astronomi och astrofysik."De förbättrade densiteterna i vår studie förfinar vår förståelse för dessa mystiska världar."

Det finns fortfarande mycket att lära sig om TRAPPIST-1-systemet. Att veta en planetens densitet berättar inte nödvändigtvis vetenskapsmännen hur det är på ytan av dessa planeter. Månen och Mars har till exempel samma täthet, men deras ytor är mycket olika, enligt NASA-uttalandet. Mer exakta fynd om TRAPPIST-1-planets atmosfärer och kompositioner kan erhållas från kommande projekt som NASAs James Webb Space Teleskop, som är planerat att starta 2019.