Czy na planetach krążących wokół TRAPPIST-1 może być woda?

Wizja artystyczna ultra-chłodnego karła TRAPPIST-1 widzianego znad powierzchni jednej z jego planet
Wizja artystyczna ultra-chłodnego karła TRAPPIST-1 widzianego znad powierzchni jednej z jego planet

Zeszłotygodniowe informacje o odkryciu trzech planet podobnych rozmiarami i temperaturą do Ziemi, krążących wokół ultra-chłodnego karła zaledwie 40 lat świetlnych od Słońca rozpaliły wyobraźnię wielu miłośników poszukiwania życia poza Układem Słonecznym. Nic w tym dziwnego zważając na takie fakty jak:

  • bliskość układu planetarnego do Słońca (w skali kosmicznej 40 lat świetlnych to naprawdę jest „tuż obok”),
  • powszechność występowania gwiazd tego typu w Drodze Mlecznej (odpowiadają za około 15% wszystkich gwiazd w naszej galaktyce, w której może znajdować się od 200 do 400 miliardów gwiazd),
  • rozmiary planet zbliżone do Ziemi i Wenus,
  • obecność planet w pobliżu ekostrefy wokół gwiazdy macierzystej,
  • badanie atmosfer tych trzech planet możliwe jest za pomocą instrumentów takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a czy w przyszłości Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

Nikogo zatem nie powinno dziwić, że informacje te przyciągnęły uwagę innych naukowców zajmujących się poszukiwaniem egzoplanet czy badających różnego typu gwiazdy.

W artykule złożonym dzisiaj do publikacji w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) Emeline Belmont wraz ze swoimi współpracownikami rozważa możliwość występowania wody na planetach o rozmiarach Ziemi znajdujących się w ekostrefach wokół ultra-chłodnych  karłów, uwzględniając w swojej pracy także możliwe implikacje dla planet odkrytych wokół gwiazdy TRAPPIST-1.

Belmont uważa, że warto przyjrzeć się tej kwestii z kilku istotnych powodów. Obiekty klasy UCD (ultra-chłodne karły), na które składają się zarówno brązowe karły jak i późne karły klasy M, stygną monotonicznie, a to sprawia, że ekostrefy znajdujące się wokół nich stopniowo przybliżają się do gwiazdy. Planety, które obecnie znajdują się w ekostrefie wokół UCD, na wcześniejszych etapach ewolucji układu planetarnego znajdowały się w miejscu, gdzie było zdecydowanie za gorąco na występowanie wody w stanie ciekłym. Można założyć, że takie planety zanim znalazły się w ekostrefie zostały skutecznie wysterylizowane przez silne promieniowanie gwiazdy, a tym samym nie są dobrymi obiektami do poszukiwań aktywności biologicznej.

Już we wstępie artykułu Belmont zauważa, że planety TRAPPIST-1 b, c – znajdują się za blisko gwiazdy, natomiast trzecia planeta d może faktycznie znajdować się w ekostrefie wokół UCD.

Masę gwiazdy TRAPPIST-1 szacuje się na 0.08 masy Słońca (niesamowicie blisko wartości 0.075 masy Słońca, przy której brązowe karły przechodzą w karły późnej klasy M). Brązowe karły stopniowo stygną, jednak w przypadku gwiazd takich jak TRAPPIST-1 masa jest wystarczająco duża na rozpoczęcia fuzji wodoru w jej jądrze. Gdy już w jądrze rozpoczną się reakcje jądrowe, ekostefa wokół gwiazdy przestaje się przesuwać ku jej powierzchni i pozwala na przebywanie planet w ekostrefie przez ponad 10 miliardów lat. Niemniej jednak ekostrefa zbliży się na tyle do gwiazdy, to planety, które już się tam znalazły mogły utracić znaczną ilość wody  – całe ziemskie zasoby wody wyparowałyby w ciągu jednego miliarda lat. Tak szybka utrata wody spowodowana może być fotolizą H2O przez fotony dalekiego ultrafioletu oraz ucieczką wodoru za sprawą ogrzewania górnych warstw atmosfery przez promieniowanie w ekstremalnym ultrafiolecie (podobnie jak w przypadku Wenus).

Wszystkie trzy planety krążące wokół TRAPPIST-1 to planety o rozmiarach Ziemi, a tym samym prawdopodobnie są to planety skaliste. Krążą one niesamowicie blisko gwiazdy macierzystej:

  • TRAPPIST-1b w odległości 0,01111 jednostki astronomicznej,
  • TRAPPIST-1c w odległości 0,01522 jednostki astronomicznej,
  • TRAPPIST-1d w odległości co najmniej 0,022 jednostki astronomicznej (nie określono jej dokładnie).

Dzięki temu wiemy, że planety otrzymują odpowiednio 4.25, 2.26 i 0.02-1 ilości promieniowania otrzymywanego ze Słońca przez Ziemię. Widzimy wyraźnie, że ostatnia planeta może wciąż znajdować się w ekostrefie.

W zależności od przyjętego wieku samej gwiazdy, autorzy uważają, że ostatnia planeta do momentu znalezienia się w ekostrefie mogła utracić zaledwie 22-37% wody. Nawet jeżeli planeta będąca już w ekostrefie nadal traci wodę, biorąc pod uwagę wiek karła, wciąż powinno na niej się znajdować 20% początkowej wody.

Autorzy zaznaczają jednak, że ich obliczenia i ograniczenia mogą dawać zbyt pesymistyczne wyniki i możliwe jest, że także dwie wewnętrzne planety wciąż posiadają znaczne ilości wody na swojej powierzchni. Dlatego też naukowcy z niecierpliwością czekają na uruchomienie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który będzie w stanie badać atmosfery tych planet. Już samo wykrycie wody na dwóch wewnętrznych planetach pozwoli nam na nałożenie ograniczeń na intensywność promieniowania w ekstremalnym ultrafiolecie, a to z kolei pozwoli dużo dokładniej określić warunki panujące na wszystkich trzech planetach.

Więcej informacji:

Źródło: arXiv

Komentarze

comments