En kunstners koncept om TRAPPIST-1 verdener, baseret på tilgængelige data om planetenes egenskaber.
(Billede: © NASA / JPL-Caltech)
Den største af verdener i syv-planetens TRAPPIST-1-system kan prale af en atmosfære, der har udviklet sig over tid, snarere end den, der blev dannet med det.
Observationer, der er foretaget med NASAs Hubble-rumteleskop, afslører, at planetens atmosfære er forskellig fra dens begynnende miljø, hvilket betyder, at det mest sandsynligt er en stenet verden, der ligner andre i systemet.
"Denne atmosfære er ikke den, den er født med," fortalte Hannah Wakeford, en forsker ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, til Space.com. En natal atmosfære ville være rig på brint, som forskerne ikke ser. I stedet for, "det er blevet ændret af forskellige processer," sagde Wakeford. Atmosfærisk og geologisk aktivitet kunne have spillet en betydelig rolle i ændringerne. [Exoplanet Tour: Mød de 7 jordstørrelsesplaneter fra TRAPPIST-1]
Wakeford og hendes kolleger brugte Hubble til at studere TRAPPIST-1 g, den sjette planet fra stjernen. De havde tidligere undersøgt atmosfærerne i de første fem planeter, identificeret med bogstaverne b til f, og fandt, at alle fem planeter mangler de massive brintatmosfærer, der angiver gasgiganter, hvilket gør dem mere sandsynlige for at være stenede. Deres tidligere undersøgelse havde ikke været præcis nok til at afgøre, om TRAPPIST-1 g bærer sin oprindelige atmosfære eller ej.
"G var det sidste spørgsmålstegn i det," sagde Wakeford. "Ligesom dets brødre og søstre, indeholder det ikke dens oprindelige atmosfære. Det har en udviklet atmosfære."
Hun præsenterede resultaterne i januar på vintermødet i American Astronomical Society i Seattle.
"Salt og peber"
I 2016 annoncerede astronomer ved Chiles Transit Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) deres opdagelse af tre planeter omkring den mørke stjerne TRAPPIST-1. Fire flere verdener blev opdaget inden for et år, hvilket bragte det samlede antal til syv. Alle planeterne ligger inden for deres stjernes beboelige zone, det område, hvor flydende vand skal kunne vedvare på en planetens overflade. Kun 40 lysår fra Jorden indeholder TRAPPIST-1 de mest planeter, der vides at ligge inden for en beboelseszone for en enkelt stjerne.
TRAPPIST-1 g er den største af verdener, med estimater, der placerer den på ca. 1,1 gange Jordens masse.
Hvis planeterne er gasgiganter, ville de beholde deres originale, brintrige atmosfære. I modsætning hertil har stenede verdener magten til at ændre deres atmosfære. Bevægelsen af kulstof kan spille en nøglerolle i den udviklende atmosfære. Smeltende mantelmagma fælder kul under overfladen. Når magmaen bevæger sig mod overfladen, tillader det nedsatte tryk carbonet at slippe ud i gasform. På Jorden frigives fanget carbonat som kuldioxid, en drivhusgas, der tillader vores planet at blive varmere ved at fange varme fra solen. Tidligere forskning afslører, at verdener som Mars og månen også kan fange kulstofrige materiale såvel som andre elementer og frigive dem i atmosfæren i gasform.
Også kendt som røde dværge, M dværge som TRAPPIST-1 udgør den højeste befolkning af stjerner i galaksen. Nogle undersøgelser antyder, at tre ud af hver fire stjerner kan være en M-dværg. De langlivede stjerner er køligere og svagere end sollignende stjerner, men de er også utroligt aktive, hvor de planerer deres planter i stråling, der bærer kraftige fakkel og udbrud. [Sådan fortælles stjernetyper adskilt (Infographic)]
Deres kølige temperaturer kan også forårsage problemer i søgen efter livet. M-dværge med lav masse kan prale af skyer og endda vanddamp i deres atmosfærer, ligesom de største planeter. Disse molekyler kan skabe falske signaler til astronomer, der prøver på at studere verdens atmosfærer, der kredser omkring dem.
Når en planet passerer mellem sin stjerne og Jorden, kan astronomer studere lyset, der strømmer gennem dets himmel for at låse nogle af mysterierne i planetarisk atmosfære op. Fordi de bærer vandmolekyler, kan M dværge gøre processen mere udfordrende; Det kan være vanskeligt at afgøre, om signaler, der antyder tilstedeværelse af vand, kommer fra planeten eller stjernen.
"Fordi stjernen har disse funktioner i sig, betyder det de målinger, du foretager, du kan ikke være 100 procent sikker på, at det ikke er den stjerne, du måler," sagde Wakeford. "Du skal være i stand til at udelukke tilstedeværelsen og den virkning, som stjernen har på disse planeter."
For at hjælpe med at sortere rodet udviklede Wakeford og hendes kolleger en metode til at fjerne stjernernes kontaminering. Først udførte de en dybdegående undersøgelse af TRAPPIST-1, hvor de undersøgte, hvordan stjernens temperatur ændrede sig forskellige steder.
"Stjernen i sig selv er en blanding af tre forskellige typer temperaturer," sagde Wakeford. Generelt er stjernen relativt kølig, med en tredjedel af den dækket i lidt varmere pletter på 2.726 grader celsius (4.940 grader Fahrenheit). Mindre end 3 procent af stjernen er dækket med ekstremt varme pletter ved en temperatur på 5.526 C (9.980 F).
Det skyldes, at TRAPPIST-1 er dækket af stjernepladser, som Wakeford sagde er mindre og svagere end dem, der findes i vores sol.
"Fordelingen af [pletterne] er som salt og peber - det er bare plettet overalt og fordelt jævnt," sagde Wakeford.
Ved at studere stjernen som en individuel planet i sit system passeret mellem den og Jorden, var astronomerne i stand til at undersøge, hvordan temperaturen fra stjernen ændrede sig.
"Vi kan faktisk bruge planeten som en sonde af stjernens temperaturegenskaber," sagde Wakeford.
Med den information i hånden undersøgte astronomerne derefter selve atmosfæren på planeten, med tillid til, at de kunne redegøre for molekylære signaler, der kommer fra stjernen. De var i stand til at udelukke den store, puffede brintatmosfære omkring g, som ville have antydet, at det var en gasgigant snarere end en stenet verden, hvis luft var blevet ændret ved geologiske og atmosfæriske processer.
"Det fører virkelig til den sande jordiske natur på denne planet," sagde Wakeford.
Holdet brugte også deres målinger til at beregne planetens radius med 1.124 gange Jordens radius, hvilket gav den en densitet lige under vores planet. Dette passer TRAPPIST-1 g fast: Det er en stenet verden.
Med seks af planeterne ude af vejen, håber astronomerne at rette deres opmærksomhed mod det syvende og sidste objekt, TRAPPIST-1 h. De planlægger at studere planeten i løbet af sommeren 2019.
"Det bliver virkelig spændende at anvende denne metode igen, ikke kun for at se, hvad planeten er lavet af, men for at se, hvordan stjernen ændrer og påvirker denne planet," sagde Wakeford.
Desuden kunne processen, som de udviklede til at adskille vanddampforurening fra TRAPPIST-1, også anvendes til observationer af andre M-dværge.
Forskningen blev offentliggjort i slutningen af 2018 i Astronomical Journal.
