I februari 2017 meddelade NASA-forskare att det finns sju markbundna planeter (dvs steniga) planeter inom TRAPPIST-1-stjärnsystemet. Sedan den tiden har systemet varit samlingspunkten för intensiv forskning för att avgöra om någon av dessa planeter kan vara beboelig eller inte. Samtidigt har astronomer undrat om alla systemets planeter faktiskt redovisas.
Kan detta system till exempel ha gasjättar som lurar i dess yttre räckvidd, som många andra system med steniga planeter (till exempel våra)? Det var frågan som ett forskargrupp under ledning av forskare från Carnegie Institute of Science försökte ta upp i en ny studie. Enligt deras resultat kan TRAPPIST-1 kretsas av gasjättar på mycket större avstånd än dess sju steniga planeter.
Studien, med titeln "Astrometriska begränsningar för massorna av långvariga gasjätteplaneter i TRAPPIST-1 planetariska systemet", dykte nyligen upp i The Astronomical Journal. Som de indikerar i sin studie förlitade teamet sig på uppföljningsobservationer gjorda av TRAPPIST-1 under en period av fem år (från 2011 till 2016) med hjälp av du Pont-teleskopet vid Las Campanas observatorium i Chile.
Med hjälp av dessa observationer försökte de bestämma om TRAPPIST-1 kunde ha tidigare oupptäckta gasjättar som kretsar inom systemets yttre räckvidd. Som Dr. Alan Boss - en astrofysiker och planetforskare med Carnegie-institutets avdelning för jordmagnetism och huvudförfattaren på papperet - förklarade i ett Carnegie-pressmeddelande:
”Ett antal andra stjärnsystem som inkluderar jordstorlekar och superjordar är också hem för minst en gasgigant. Så det är en viktig fråga att fråga om dessa sju planeter har syskon med gasjättar med längre tid.
I åratal har Boss genomfört en exoplanet-jaktundersökning med medförfattarna till studien - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - känd som Carnegie Astrometric Planet Search. Denna undersökning bygger på Carnegie Astrometric Planet Search Camera (CAPSCam), ett instrument på du Pont-telekopet som söker efter extrasolära planeter med den astrometriska metoden.
Denna indirekta metod för exoplanet-jakt bestämmer närvaron av planeter runt en stjärna genom att mäta den här värdstjärnens slingrande runt systemets masscentrum (aka dess barycenter). Med hjälp av CAPSCam förlitade sig Boss och hans kollegor på flera års observationer av TRAPPIST-1 för att bestämma de övre massgränserna för eventuella gasgiganter som kretsar i systemet.
Från detta drog de slutsatsen att planeter som var upp till 4,6 Jupitermassor kunde kretsa runt stjärnan med en period av ett år. Dessutom fann de att planeter upp till 1,6 Jupitermassor kunde kretsa runt stjärnan med 5-årsperioder. Med andra ord är det möjligt att TRAPPIST-1 har några långvariga gasjättar som kretsar kring dess yttre räckvidd, ungefär på samma sätt som långvariga gasjättar finns utanför Mars omloppsbana i solsystemet.
Om det är sant kan existensen av dessa jätteplaneter lösa en pågående debatt om bildandet av solsystemets gasjättar. Enligt den mest accepterade teorin om solsystemets bildning (dvs Nebular Hypothesis) föddes Solen och planeterna av en nebulosa av gas och damm. Efter att detta moln upplevde gravitationskollaps i mitten och bildade solen, plattades det resterande dammet och gasen ut i en skiva som omger den.
Jorden och de andra markplaneterna (Merkurius, Venus och Mars) bildades alla närmare solen genom tillförsel av silikatmineraler och metaller. När det gäller gasjättarna finns det några konkurrerande teorier om hur de bildades. I ett scenario, känt som Core Accretion-teorin, började gasjättarna också ansluta sig från fasta material (bilda en fast kärna) som blev tillräckligt stor för att locka ett hölje med omgivande gas.
En konkurrerande förklaring - känd som Disk Instabilitetsteorin - hävdar att de bildades när skivan med gas och damm tog en spiralarmformation (liknande en galax). Dessa armar började sedan öka i massa och densitet och bildade klumpar som snabbt sammanslöts för att bilda babygasjättar. Med hjälp av beräkningsmodeller övervägde Boss och hans kollegor båda teorierna för att se om gasjättar kunde bildas runt en lågmassastjärna som TRAPPIST-1.
Medan Core Accretion inte var troligt, indikerade Disk Instability-teorin att gasjättar kunde bildas runt TRAPPIST-1 och andra röda dvärgstjärnor med låg massa. Som sådan ger denna studie en teoretisk ram för förekomsten av gasjättar i röda dvärgstjärnsystem som redan är kända för att ha steniga planeter. Detta är verkligen uppmuntrande nyheter för exoplanetjägare med tanke på att floden av klippiga planeter har hittats i sena kretsar om röda dvärgar.
Förutom TRAPPIST-1 inkluderar dessa den närmaste exoplaneten till solsystemet (Proxima b), liksom LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b och Gliese 682c. Men som Boss också noterade är denna forskning fortfarande i sin spädbarn, och mycket mer forskning och diskussion måste äga rum innan något kan sägas slutgiltigt. Lyckligtvis hjälper studier som denna att öppna för dörren till sådana studier och diskussioner.
"Gasjätteplaneter som finns på banor i lång tid runt TRAPPIST-1 kan utmana kärnans ackretionsteori, men inte nödvändigtvis diskinstabilitetsteorin," sade Boss. "Det finns mycket utrymme för ytterligare undersökning mellan de längre banorna vi studerade här och de mycket korta banorna från de sju kända TRAPPIST-1-planeterna."
Boss och hans team hävdar också att fortsatta observationer med CAPSCam och ytterligare förbättringar i dess dataanalyspipeline antingen kommer att upptäcka planeter för lång tid eller sätta en ännu strängare begränsning för deras övre massgränser. Och naturligtvis kommer utplaceringen av nästa generations infraröda teleskoper, som James Webb Space Telescope, att hjälpa till i jakten på gasjättar runt röda dvärgstjärnor.
