Jeżeli chcemy dowiedzieć się więcej o tym czy życie może istnieć na powierzchni planety znajdującej się poza Układem Słonecznym, musimy poznać wiek jej gwiazdy macierzystej. Młode gwiazdy bardzo często uwalniają wysoko-energetyczne promieniowanie, które często atakuje powierzchnie krążących wokół nich planet. Jeżeli planety dopiero co powstały, ich orbity najczęściej są niestabilne. Z drugiej strony, planety krążące wokół starszych gwiazd przetrwały już młodzieńcze rozbłyski, ale wystawione były na lawiny promieniowania gwiezdnego trwające przez bardzo długi czas.
Naukowcy mają teraz dobre szacunki wieku dla jednego z najbardziej intrygujących układów planetarnych – dla układu TRAPPIST-1 składającego się z siedmiu planet rozmiarami zbliżonych d Ziemi, krążących wokół ultra-chłodnego karła odległego od nas o około 40 lat świetlnych. Według badaczy wiek układu TRAPPIST-1 mieści się w przedziale 5,4-9,8 miliarda lat. To nawet dwa razy więcej niż wiek Układu Słonecznego, który powstał jakieś 4,5 miliarda lat temu.
O odkryciu siedmiu planet układu TRAPPIST-1 NASA poinformowała na początku tego roku. Planety zostały dostrzeżone za pomocą teleskopu TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) w Chile, Kosmicznego Teleskopu Spitzer i innych teleskopów naziemnych. Trzy planety w tym układzie okrąża swoją gwiazdę w tzw. ekosferze, czyli w zakresie odległości od gwiazdy, w którym na powierzchni planety z atmosferą może istnieć woda w stanie ciekłym. Najprawdopodobniej wszystkie siedem planet związana jest pływowo z gwiazdą – tzn. są one zawsze zwrócone tą samą stroną do swojej gwiazdy macierzystej.
W momencie odkrycia naukowcy uważali, że układ TRAPPIST-1 musi mieć co najmniej 500 milionów lat, ponieważ tyle czasu zajmuje małomasywnej gwieździe takiej jak TRAPPIST-1 (ok. 8% masy Słońca) do osiągnięcia swoich minimalnych rozmiarów (gwiazda jest niewiele większa od Jowisza). Niemniej jednak, nawet ten wiek był niepewny; teoretycznie gwiazda mogła być równie stara co Wszechświat. Czy orbity w tym kompaktowym układzie planetarnym są stabilne? Czy życie miało wystarczająco dużo czasu, aby wyewoluować na którejś z planet?
„Nasze wyniki pozwalają nam uściślić naszą wiedzę o ewolucji układu TRAPPIST-1 ponieważ układ ten musi istnieć już od miliardów lat. Oznacza to, że planety musiały ewoluować wspólnie – w przeciwnym razie ten cały układ rozpadłby się już dawno temu”, mówi Adam Burgasser, astronom z University of California w San Diego oraz pierwszy autor artykułu. Burgasser współpracował z Erikiem Mamajakiem z NASA Exoplanet Exploration Program w JPL w Pasadenie nad wyznaczaniem wieku układu TRAPPIST-1. Wyniki ich badań zostaną opublikowane w periodyku The Astrophysical Journal.
Nie wiemy jeszcze co ten wiek oznacza dla możliwości życia na planetach układu. Z jednej strony starsze gwiazdy charakteryzują się niższą częstotliwością rozbłysków niż młodsze gwiazdy, a Burgasser i Mamajek potwierdzili, że TRAPPIST-1 jest stosunkowo spokojny w porównaniu o innych ultra-chłodnych karłów. Z drugiej strony, z uwagi na fakt, że planety są tak blisko swojej gwiazdy możemy stwierdzić, że przez miliardy lat wchłonęły one olbrzymie ilości wysoko-energetycznego promieniowania, które mogło doprowadzić do odparowania ich atmosfer jak i dużych ilości wody. Z każdej z planet mogła odparować ilość wody porównywalna z oceanem ziemskim (za wyjątkiem dwóch najodleglejszych planet układu: planet g i h). W naszym układzie planetarnym Mars jest przykładem planety, która miała kiedyś wodę w stanie ciekłym na swojej powierzchni, ale straciła tak wodę jak i atmosferę wskutek wysoko-energetycznego promieniowania słonecznego.
Niemniej jednak, sędziwy wiek nie oznacza, że atmosfery planet musiały ulec erozji. Zważając na to, że planety układu TRAPPIST-1 mają niższą gęstość niż Ziemia, możliwe że duże zasoby cząsteczek lotnych takich jak woda mogły doprowadzić do powstania gęstych atmosfer, które osłaniałyby powierzchnię planet przed szkodliwym promieniowaniem. Gęsta atmosfera może także wspomagać redystrybucję ciepła na ciemną stronę planety, zwiększając tym samym obszar powierzchni sprzyjający powstaniu życia. Oczywiście może także być tak, że mamy do czynienia z efektem cieplarnianym, w którym atmosfera staje się na tyle gęsta, że prowadzi do przegrzania powierzchni planety – tak jak na Wenus.
„Jeżeli na którejś z tych planet istnieje życie, musiałoby to być bardzo odporne życie, bo musiało przetrwać miliardy lat w bardzo niesprzyjających warunkach”, mówi Burgasser.
Na szczęście małomasywne gwiazdy takie jak TRAPPIST-1 charakteryzują się temperaturami i jasnościami stosunkowo stabilnymi przez biliony lat, od czasu do czasu zmieniającymi się w skutek potężnych rozbłysków magnetycznych. Czas życia małych gwiazd takich jak TRAPPIST-1 jest dużo, dużo dłuższy od obecnego wieku Wszechświata – 13,7 miliarda lat (dla porównania czas życia Słońca szacowany jest na 1o miliardów lat).
„Gwiazdy dużo masywniejsze od Słońca zużywają swoje paliwo szybko, świecąc przez zaledwie kilka milionów lat i eksplodując pod koniec życia jako supernowe”, mówi Mamajek. „Jednak TRAPPIST-1 to taka wolno spalająca się świeca, która będzie świeciła 900 razy dłużej niż obecny wiek Wszechświata”.
Niektóre cechy wykorzystane przez Burgassera i Mamajka do oszacowania wieku TRAPPIST-1 to prędkość gwiazdy na orbicie wokół centrum Drogi Mlecznej (szybsze gwiazdy zazwyczaj są starsze), skład chemiczny atmosfery gwiazdy oraz częstotliwość rozbłysków na powierzchni TRAPPIST-1 w trakcie obserwacji. Wszystkie te zmienne wskazują na znacznie większy wiek gwiazdy od naszego Słońca.
Przyszłe obserwacje prowadzone za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pozwolą określić czy planety te posiadają atmosfery oraz czy przypominają one atmosferę Ziemi.
Przyszłe obserwacje za pomocą Spitzera pozwolą nam doprecyzować szacunki gęstości planet układu TRAPPIST-1, co z kolei pozwoli nam na poznanie ich składu chemicznego.
Źródło: NASA