Kepler poznaje szczegóły najbardziej zewnętrznej planety układu TRAPPIST-1

Ultra-chłodny karzeł TRAPPIST-1 i jego siedem planet. Badacze z Uniwersytetu w Waszyngtonie poznali szczegóły ostatniej planety układu. Źródło: NASA

Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez badaczy z Uniwersytetu w Waszyngtonie wykorzystał dane zebrane przez Kosmiczny Teleskop Kepler do zbadania i potwierdzenia szczegółów o najbardziej oddalonej z siedmiu planet w układzie planetarnym TRAPPIST-1.

Badacze potwierdzili, że planeta TRAPPIST-1h okrąża swoją gwiazdę co 18,77 dni, związana jest orbitalnie z innymi planetami układu i jest niesamowicie zimna. Z dala od swojej gwiazdy macierzystej, planeta ta zdecydowanie nie jest miejscem przyjaznym dla życia, choć nie zawsze tak musiało być.

Rodrigo Luger, doktorant na UW, jest głównym autorem artykułu opublikowanego w dniu dzisiejszym w periodyku Nature Astronomy.

TRAPPIST-1h znaleźliśmy dokładnie tam gdzie przewidywaliśmy – mówi Luger. Badacze odkryli matematyczny wzór opisujący okresy orbitalne sześciu wewnętrznych planet układu, który wskazywał, że okres orbitalny ostatniej planety wynosi dokładnie 18,77 dni.

Przez chwilę obawiałem się, że widzimy to co chcemy zobaczyć. Wszak rzeczywistość rzadko kiedy jest taka jakiej oczekujemy – zazwyczaj czekają na nas niespodzianki, i to wręcz na każdym kroku. W tym przypadku teoria i obserwacje zgadzały się ze sobą w 100%.

TRAPPIST-1 to ultra-chłodny karzeł w średnim wieku, dużo ciemniejszy niż Słońce i niewiele większy od Jowisza. Gwiazda, znajdująca się niemal 40 lat świetlnych od nas w kierunku gwiazdozbioru Wodnika,  nazwana została na cześć naziemnego teleskopu TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), za pomocą którego odkryto pierwsze dowody na obecność planet w jej otoczeniu.

Badania TRAPPIST prowadzi zespół kierowany przez Michaela Gillona z University of Liege w Belgii, który jest współautorem nowego artykułu. W 2016 roku zespół Gillona ogłosił odkrycie trzech planet krążących wokół TRAPPIST-1, a w 2017 roku powiększył liczbę planet do siedmiu. Trzy z siedmiu planet w układzie TRAPPIST-1 najprawdopodobniej znajduje się w ekosferze gwiazdy – obszarze, w którym planety skaliste mogą posiadać wodę w stanie ciekłym na swojej powierzchni, co jest jednym z warunków powstania życia takiego jakie znamy.

Takie egzoplanety odkrywane są podczas tranzytów na tle tarczy swojej gwiazdy macierzystej, kiedy blokują część emitowanego przez nie promieniowania. Przed analizą przeprowadzoną przez Lugera, zespół Gillona był w stanie zaobserwować tylko jeden tranzyt planety TRAPPIST-1h, najbardziej oddalonej planety w tym układzie planetarnym.

Luger kieruje międzynarodowym zespołem, który postanowił zbadać układ TRAPPIST-1 wykorzystując do tego 79 dni obserwacji wykonanych za pomocą teleskopu Kepler w ramach jego misji K2. Badaczom udało się dostrzec i przeanalizować cztery tranzyty planety TRAPPIST-1h na tle tarczy gwiazdy macierzystej.

Naukowcy wykorzystali dane z misji K2 do uściślenia orbit pozostałych sześciu planet w układzie oraz wyeliminowania możliwości istnienia dodatkowych tranzytujących planet w układzie oraz określenia okresu rotacji i poziomu aktywności samej gwiazdy centralnej. Co więcej, badacze odkryli, że wszystkie siedem planet w układzie TRAPPIST-1 były ze sobą związane skomplikowanym rezonansem orbitalnym – ich okresy orbitalne są ze sobą powiązane matematycznie i wzajemnie na siebie wpływają.

Animacja przedstawia symulację planet układu TRAPPIST-1 na przestrzeni 90 ziemskich dni. Po 15 ziemskich dniach animacja skupia się na trzech zewnętrznych planetach: TRAPPIST-1f, TRAPPIST-1g i TRAPPIST-1h.

Rezonanse czasami są trudne do zrozumienia, szczególnie w przypadku trzech ciał. Ale są też prostsze przykłady, które pomagają zrozumieć całe zagadnienie – mówi Luger. Dla przykładu, znacznie bliżej domu, jowiszowe księżyce Io, Europa i Ganimedes ustawione są w rezonansie 1:2:4 co oznacza, że okres orbitalny Europy jest dokładnie dwa razy dłuższy od okresu orbitalnego Io, a okres orbitalny Ganimedesa jest dokładnie dwa razy dłuższy od okresu orbitalnego Europy.

Owe związki wskazywały, że badając prędkości orbitalne sąsiednich planet naukowcy mogą dokładnie przewidzieć prędkość orbitalną, a tym samym okres orbitalny ostatniej planety (TRAPPIST-1h) jeszcze przed przeanalizowaniem danych obserwacyjnych z Keplera. Okazało się, że naukowcy mieli rację – bez problemu udało się zlokalizować tę planetę w danych z misji K2.

Łańcuch rezonansowy składający się z siedmiu planet jest absolutnie rekordowy wśród znanych układów planetarnych. Wcześniejszymi rekordzistami były układy Kepler-80 oraz Kepler-223 – w obu tych układów udało się dostrzec po cztery rezonujące planety.

Taka budowa rezonansowa całego układu nie może być przypadkiem i wskazuje na interesującą historię dynamiki układu, w której to planety stopniowo migrowały w pobliże swojej gwiazdy – mówi Luger. Dzięki temu jest to fenomenalne laboratorium do badania procesów formowania planet i testowania teorii opisujących migracje planet wewnątrz układów planetarnych.

Oznacza to także, że choć TRAPPIST-1h jest teraz ekstremalnie zimną planetą (zaledwie 173K) – mogła ona spędzić kilkaset milionów lat w znacznie cieplejszych warunkach, kiedy jej gwiazda macierzysta była młodsza i jaśniejsza.

Źródło: University of Washington

Komentarze

comments