I februar i 2017 blev verden forbløffet over at få at vide, at astronomer - ved hjælp af data fra TRAPPIST-teleskopet i Chile og Spitzer-rumteleskopet - havde identificeret et system med syv stenede exoplaneter i TRAPPIST-1-systemet. Som om dette ikke var opmuntrende nok for exoplanet-entusiaster, blev det også indikeret, at tre af de syv planeter kredsede i stjernernes cirkumstellar beboelige zone (også kaldet "Goldilocks Zone").
Siden den tid har dette system været i fokus for betydelig forskning og opfølgningsundersøgelser for at afgøre, om nogen af dens planeter kunne være beboelige eller ej. Egenskabelig med disse undersøgelser har været spørgsmålet, om planeterne har flydende vand på deres overflader eller ej. Men ifølge en ny undersøgelse fra et team af amerikanske astronomer kan TRAPPIST-planeterne faktisk have for meget vand til at støtte livet.
Undersøgelsen med titlen "Indvandring af TRAPPIST-1-planeterne som udledt fra deres vandrige sammensætninger" dukkede for nylig op i tidsskriftet Naturastronomi. Undersøgelsen blev ledet af Cayman T. Unterborn, en geolog ved School of Earth and Space Exploration (SESE), og inkluderede Steven J. Desch, Alejandro Lorenzo (også fra SESE) og Natalie R. Hinkel - en astrofysiker fra Vanderbilt University , Nashville.
Som bemærket er der udført flere undersøgelser, der har forsøgt at bestemme, om nogen af TRAPPIST-1-planeterne kunne være beboelige. Og mens nogle har understreget, at de ikke ville være i stand til at holde fast i deres atmosfærer længe på grund af det faktum, at de kredser om en stjerne, der er variabel og tilbøjelig til at blusse (som alle røde dværge), har andre studier fundet bevis for, at systemet kunne være rig på vand og ideel til livsbytte.
Af hensyn til deres undersøgelse brugte teamet data fra forudgående undersøgelser, der forsøgte at placere begrænsninger på massen og diameteren af TRAPPIST-1-planeterne for at beregne deres densitet. Meget af dette stammede fra et datasæt kaldet Hypatia Catalog (udviklet af den bidragydende forfatter Hinkel), som fusionerer data fra over 150 litterære kilder for at bestemme de stjernemæssige forekomster af stjerner tæt på vores sol.
Ved hjælp af disse data konstruerede teamet modeller med masseradiuskomposition til at bestemme det flygtige indhold i hver af TRAPPIST-1-planeterne. Hvad de bemærkede, er, at TRAPPIST-planeterne traditionelt er lette for klippekroppe, hvilket indikerer et højt indhold af flygtige elementer (såsom vand). I lignende verdener med lav densitet antages den flygtige komponent normalt at have form af atmosfæriske gasser.
Men som Unterborn forklarede i en nylig SESE-nyhedsartikel, TRAPPIST-1-planeterne er en anden sag:
”[T] de TRAPPIST-1 planeter er for små i masse til at holde fast i nok gas til at udgøre tæthedsunderskuddet. Selv hvis de var i stand til at holde fast i gassen, ville den nødvendige mængde til at udgøre tæthedsunderskuddet gøre planeten meget puffer, end vi ser. ”
På grund af dette bestemte Unterborn og hans kolleger, at komponenten med lav tæthed i dette planetsystem skulle være vand. For at bestemme, hvor meget vand der var, brugte teamet en unik softwarepakke udviklet kaldet ExoPlex. Denne software bruger avancerede mineralfysiske regnemaskiner, der gjorde det muligt for teamet at kombinere al den tilgængelige information om TRAPPIST-1-systemet - ikke kun massen og radius for de enkelte planeter.
Hvad de fandt var, at de indre planeter (b og c) var "tørrere" - med mindre end 15% vand i masse - mens de ydre planeter (f og g) havde mere end 50% vand i masse. Til sammenligning har Jorden kun 0,02% vand i masse, hvilket betyder, at disse verdener har ækvivalent med hundreder af jordstore oceaner i deres volumen. Grundlæggende betyder det, at TRAPPIST-1-planeterne måske har for meget vand til at støtte liv. Som Hinkel forklarede:
”Vi tænker typisk at have flydende vand på en planet som en måde at starte livet på, da livet, som vi kender det på Jorden, hovedsagelig består af vand og kræver, at det lever. Imidlertid har en planet, der er en vandverden, eller en, der ikke har nogen overflade over vandet, ikke de vigtige geokemiske eller elementære cyklusser, der er absolut nødvendige for livet. ”
Disse fund bød ikke godt for dem, der mener, at stjerner af M-typen er det mest sandsynlige sted at have beboelige planeter i vores galakse. Ikke kun er røde dværge den mest almindelige type stjerne i universet, hvilket tegner sig for 75% af stjernerne i Melkevejsgalaksen alene, flere som er relativt tæt på vores solsystem har vist sig at have en eller flere stenede planeter, der kredser omkring dem.
Bortset fra TRAPPIST-1 inkluderer disse superjordene opdaget omkring LHS 1140 og GJ 625, de tre stenede planeter, der blev opdaget omkring Gliese 667, og Proxima b - den nærmeste exoplanet til vores solsystem. Derudover viste en undersøgelse foretaget ved hjælp af HARPS-spektrograf ved ESOs La Silla-observatorium i 2012, at der kunne være milliarder af stenede planeter, der kredser i de beboelige zoner af røde dværgstjerner i Mælkevejen.
Desværre indikerer disse seneste fund, at planeterne i TRAPPIST-1-systemet ikke er gunstige for livet. Derudover ville der sandsynligvis ikke være nok liv på dem til at producere biosignaturer, der kan ses i deres atmosfære. Derudover konkluderede holdet også, at TRAPPIST-1-planeterne må have dannet far væk fra deres stjerne og migreret indad over tid.
Dette var baseret på det faktum, at de isrige TRAPPIST-1-planeter var langt tættere på deres stjerners respektive "islinie" end de tørrere. I ethvert solsystem er planeter, der ligger inden for denne linje, mere stenede, da deres vand vil fordampe eller kondensere til dannelse af oceaner på deres overflader (hvis der er tilstrækkelig atmosfære). Ud over denne linje vil vand have form af is og kan hæves til dannelse af planeter.
Fra deres analyser bestemte holdet, at TRAPPIST-1-planeterne må have dannet sig ud over islinjen og vandret mod deres værtsstjerne for at antage deres nuværende kredsløb. Da stjerner af M-type (rød dværg) vides at være lysest efter den første form og dæmpe over tid, ville islinjen også have bevæget sig indad. Som medforfatter Steven Desch forklarede, hvor langt planeterne, der vandrede, derfor ville afhænge af, hvornår de var dannet.
”Jo tidligere planeterne dannede sig, jo længere væk fra stjernen de havde brug for for at have dannet sig for at have så meget is,” sagde han. Baseret på hvor lang tid det tager for dannelse af stenede planeter, vurderede holdet, at planeterne oprindeligt skal have været dobbelt så langt fra deres stjerne, som de er nu. Selvom der er andre indikationer på, at planeterne i dette system migrerede over tid, er denne undersøgelse den første til at kvantificere migrationen og bruge sammensætningsdata for at vise dem.
Denne undersøgelse er ikke den første til at indikere, at planeter, der kredser om røde dværgstjerner, faktisk kan være ”vandverdener”, hvilket ville betyde, at klippestruder med kontinent på deres overflader er en relativt sjælden ting. Samtidig er der foretaget andre undersøgelser, der tyder på, at sådanne planeter sandsynligvis har svært ved at holde fast i deres atmosfærer, hvilket indikerer, at de ikke ville forblive vandverdener i meget længe.
Indtil vi imidlertid kan få et bedre kig på disse planeter - hvilket vil være muligt med installationen af næste generations instrumenter (som f.eks. James Webb-rumteleskop) - vi bliver tvunget til at teoretisere om, hvad vi ikke ved, baseret på hvad vi gør. Ved langsomt at lære mere om disse og andre exoplaneter, vil vores evne til at bestemme, hvor vi skal lede efter liv ud over vores solsystem, forbedres.
