Meddelelsen om et syvplanet-system omkring stjernen TRAPPIST-1 tidligere i år udløste en flurry af videnskabelig interesse. Ikke kun var dette en af de største grupper af planeter, der blev opdaget omkring en enkelt stjerne, det faktum, at alle syv blev vist at være jordbundne (klippefyldte) i naturen var meget opmuntrende. Endnu mere opmuntrende var det faktum, at tre af disse planeter viste sig at være i kredsløb med stjernens beboelige zone.
Siden den tid har astronomer søgt at lære alt, hvad de kan, om dette planetsystem. Bortset fra om de har atmosfære eller ej, er astronomer også på udkig efter at lære mere om deres kredsløb og overfladeforhold. Takket være indsatsen fra et internationalt team af astronomer ledet af University of Washington, har vi nu en nøjagtig idé om, hvordan forholdene kan være på den yderste planet - TRAPPIST-1h.
Ifølge holdets undersøgelse - ”En syv-planet resonanskæde i TRAPPIST-1”, som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Naturastronomi - de stolede på data fra Kepler-missionen for at bestemme planetens omløbsperiode. Konkret konsulterede de data, der blev opnået under kampagne 12 i K2-missionen, en 79-dages observationsperiode, der løb fra 15. december 2016 til 4. marts 2017.
Anført af Rodrigo Luger, en kandidatstuderende ved University of Washington, var teamet allerede opmærksom på mønster i kredsløb i systemets seks indre planeter. Dette var baseret på forudgående data leveret af Spitzer-rumteleskopet, som indikerede, at disse planeter er i en orbitalresonans - dvs. deres respektive orbitalperioder er matematisk relaterede og påvirker hinanden.
Fra disse data havde teamet allerede beregnet, at TRAPPIST-1h ville have en orbitalperiode på kun mindre end 19 dage. Når de konsulterede K2-dataene, bemærkede de, at TRAPPIST-1h i løbet af den 79-dages observationsperiode foretog fire transit af stjernen - hvilket fungerede til en orbital periode på 18,77 dage. Med andre ord fandt holdet, at deres observationer var i overensstemmelse med deres beregninger.
Dette fund var en velkommen lettelse for Luger og hans kolleger. Som han sagde i en UW-pressemeddelelse:
”TRAPPIST-1h var præcis, hvor vores team forudsagde, at det skulle være. Det bekymrede mig et stykke tid, at vi så, hvad vi ville se. Tingene er næsten aldrig nøjagtigt, som du forventer på dette felt - der er normalt overraskelser rundt om hvert hjørne, men teori og observation stemte perfekt sammen i dette tilfælde. ”
Opdagelsen af denne resonans betyder, at TRAPPIST-1 har sat en anden rekord. For det første er det allerede kendt for at være et af kun to-stjerners systemer til at være vært for syv ekstrasolplaneter - den anden er HR 8832-stjernesystemet, en variabel stjerne af K3V-typen i hovedsekvensen, der ligger 21 lysår væk. For det andet har det de mest bekræftede jordiske planeter, der hidtil er opdaget i et enkeltstjernersystem.
Men med disse nyeste data har TRAPPIST-1 nu også rekorden for at have flest planeter i en orbital resonans. De foregående pladsholdere var Kepler-80 og Kepler-223, som begge har fire planeter i en orbital resonans. Ifølge Luger blev denne resonans sandsynligvis etableret, da TRAPPIST-1-systemet stadig var ung, og planeterne stadig var i færd med at blive dannet. Som Luger forklarede:
”Resonansstrukturen er ikke tilfældig og peger på en interessant dynamisk historie, hvor planeterne sandsynligvis vandrede indad i låsetrin. Dette gør systemet til en stor testbed for planetdannelse og migrationsteorier. Vi kunne derfor se på en planet, der engang var beboelig og siden har frosset over, hvilket er fantastisk at overveje og fantastisk til opfølgningsundersøgelser. ”
Muligheden for at planeterne nåede deres nuværende orbitaldans tidligt i systemets historie kunne også betyde, at TRAPPIST-1h engang var beboelig. Mens tre planeter kredser med stjernens beboelige zone (TRAPPIST-1 d, e og f), kredser TRAPPIST-1h stjernen i en afstand af ca. 10 millioner km (6 millioner mi), hvilket placerer den langt uden for rækkevidden af stjernens beboelige zone.
Faktisk får TRAPPIST-1h på denne afstand omtrent lige så meget energi fra solen som dværgplaneten Ceres (placeret i vores solsystem i hovedsteroidebæltet, mellem Mars og Jupiter), hvilket resulterer i en gennemsnitlig overfladetemperatur på 173 K (-100 ° C; -148 ° F). Men i fortiden, da dens stjerne var lysere og varmere, kan planeten måske have modtaget nok energi til, at dens overflade ville have været varm nok til at understøtte flydende vand.
”Vi kunne derfor se på en planet, der engang var beboelig og siden har frosset over, hvilket er fantastisk at overveje og fantastisk til opfølgningsundersøgelser,” sagde Luger. TRAPPIST-1 er også en vigtig kandidat til opfølgningsundersøgelse i betragtning af dens nærhed. Beliggende kun 39,5 lysår fra Jorden, giver denne stjerne og dens planetsystem nogle ekstraordinære muligheder for undersøgelse af eksoplaneter og M-type stjerneevnen.
Ud over det demonstrerede denne undersøgelse også, at trods svigt i to reaktionshjul, er Kepler-missionen stadig yderst nyttig, når det kommer til studiet af eksoplaneter. På trods af det faktum, at opretholdelse af et konstant øje med TRAPPIST-1-systemet præsenterede instrumentelle udfordringer, formåede Kepler stadig at fremstille pålidelige oplysninger, der var i overensstemmelse med holdets beregninger.
Udover at bestemme TRAPPIST-1hs orbitalperiode, anvendte teamet K2-data til yderligere at karakterisere bane for de andre seks planeter, udelukke muligheden for, at der er flere planeter i systemet, og lære mere om selve stjernen (f.eks. Dens rotation periode og aktivitetsniveau). Disse oplysninger vil også være afgørende for at bestemme, om nogen af planeterne, der er placeret i stjernens beboelige zone, faktisk kan være beboelige.
Opdagelsen af TRAPPIST-1's system var en begivenhed, der var mange år i gang. Men den hastighed, som nye opdagelser har dukket op på, har været meget imponerende. I de kommende år med indsættelsen af næste generations planetjægere - som James Webb-teleskopet og Transitting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - vil vi være i stand til at grave dybere og lære endnu mere.
Og sørg for at nyde denne video af TRAPPIST-1's orbital resonans, høflighed af lektor Daniel Fabrycky fra University of Chicago:
