I februari 2017 tillkännagav ett team av europeiska astronomer upptäckten av ett system med sju planeter som kretsar kring den närliggande stjärnan TRAPPIST-1. Bortsett från det faktum att alla sju planeterna var steniga, var det den extra bonusen av tre av dem som kretsade inom TRAPPIST-1s bebodliga zon. Sedan den tiden har flera studier genomförts för att avgöra om någon av dessa planeter kan vara beboelig eller inte.
I enlighet med detta mål har dessa studier fokuserat på huruvida dessa planeter har atmosfärer, deras kompositioner och deras inredning eller inte. En av de senaste studierna genomfördes av två forskare från Columbia Universitys Cool Worlds Laboratory, som fastställde att en av TRAPPIST-1-planeterna (TRAPPIST-1e) har en stor järnkärna - ett fynd som kan ha konsekvenser för denna planets livsmiljö.
Studien - med titeln "TRAPPIST-1e har en stor järnkärna", som nyligen dök upp på nätet - genomfördes av Gabrielle Englemenn-Suissa och David Kipping, en högre forskarstuderande och biträdande professor i astronomi vid Columbia University. För deras studie utnyttjade Englemenn-Suissa och Kipping nyligen genomförda studier som har lagt begränsningar för massorna och radierna för TRAPPIST-1-planeterna.
Dessa och andra studier har gynnats av det faktum att TRAPPIST-1 är ett system med sju planeter, vilket gör det idealiskt för exoplanetstudier. Som professor Kipping berättade för Space Magazine via e-post:
”Det är ett underbart laboratorium för exoplanetär vetenskap av tre skäl. För det första har systemet en mängd sju transiterande planeter. Djupet på transiterna dikterar storleken på varje planet så att vi kan mäta de storlekar ganska exakt. För det andra interagerar planeterna gravitationsmässigt med varandra vilket leder till variationer i tiden för transiterna och dessa har använts för att sluta massorna på varje planet, återigen till imponerande precision. För det tredje är stjärnan väldigt liten och är en sen M-dvärg, ungefär en åttonde storleken på solen, och det betyder att transiter verkar 8 ^ 2 = 64 gånger djupare än de skulle göra om stjärnan var solstor. Så vi har många saker som arbetar till vår fördel här. ”
Tillsammans använde Englemann-Suissa och Kipping massa och radiemätningar av TRAPPIST-1-planeterna för att dra slutsatsen om den minsta och maximala Core Radius Fraction (CRF) för varje planet. Detta byggde på en studie som de tidigare hade genomfört (tillsammans med Jingjing Chen, en doktorand vid Columbia University och medlem av Cool Worlds Lab) där de utvecklade sin metod för att bestämma en planets CRF. Som Kipping beskrev metoden:
”Om du känner till massan och radien mycket exakt, som TRAPPIST-1-systemet, kan du jämföra dem med det som förutses från teoretiska inre strukturer. Problemet är att dessa modeller i allmänhet består av möjliga fyra lager, en järnkärna, en silikatmantel, ett vattenlager och ett ljust flyktigt kuvert (Jorden har bara de första två, dess atmosfär bidrar försumbar med massa och radie). Så fyra okända och två uppmätta kvantiteter är i princip ett obegränsat, olösligt problem. ”
Deras studie tog också hänsyn till tidigare arbete av andra forskare som har försökt att begränsa den kemiska sammansättningen av TRAPPIST-1-systemet. I dessa studier antog författarna att planets kemiska kompositioner var kopplade till stjärnan, som kan mätas. Englemann-Suissa och Kipping tog emellertid en mer "agnostisk" inställning och övervägde helt enkelt gränsvillkoren för problemet.
"Vi säger i huvudsak att med tanke på massan och radien finns det inga modeller med kärnor mindre än X som möjligen kan förklara den observerade massan och radien," sade han. ”Kärnan kan vara större än X men måste vara minst X eftersom inga teoretiska modeller kan förklara det på annat sätt. Här skulle X därför motsvara vad vi kan kalla den minsta kärnradiussfraktionen. Vi spelar sedan samma spel för maximal gräns. ”
Vad de bestämde var att minsta kärnstorlek på sex av TRAPPIST-1-planeterna i huvudsak var noll. Det betyder att deras kompositioner kunde förklaras utan att nödvändigtvis ha en järnkärna - till exempel kan en ren silikatmantel vara allt som finns där. Men när det gäller TRAPPIST-1e fann de att dess kärna måste omfatta minst 50% av planeten med radie och högst 78%.
Jämför detta med jorden, där den fasta innerkärnan i järn och nickel och en flytande ytterkärna i en smält järn-nickellegering utgör 55% av planetens radie. Mellan den övre och nedre gränsen för TRAPPIST-1e CRF drog de slutsatsen att den måste ha en tät kärna, en trolig jämförbarhet med jorden. Denna upptäckt kan innebära att e av alla TRAPPIST-1-planeterna är den mest "jordliknande" och sannolikt har en skyddande magnetosfär.
Som Kipping antydde kan detta få enorma konsekvenser när det gäller jakten på bebodda exoplaneter och kan pressa TRAPPIST-1e till toppen av listan:
”Detta får mig mer upphetsad för TRAPPIST-1e i synnerhet. Den planeten är en smula mindre än jorden, sitter precis i den beboeliga zonen och nu vet vi att den har en stor järnkärna som jorden. Vi vet också att det inte har ett ljust flyktigt kuvert tack vare andra mätningar. Dessutom verkar TRAPPIST-1 vara en tystare stjärna än Proxima så jag är mycket mer optimistisk när det gäller TRAPPIST-1e som potentiell biosfär än Proxima b just nu. "
Detta är verkligen goda nyheter mot bakgrund av nyligen genomförda studier som har visat att Proxima b inte troligtvis kommer att vara bebodd. Mellan dess stjärna som släpper ut kraftfulla blossar som kan ses med blotta ögat för sannolikheten att en atmosfär och flytande vatten inte skulle överleva länge på ytan, anses för närvarande inte den närmaste exoplaneten till vårt solsystem vara en bra kandidat för att hitta en beboelig värld eller utomjordiskt liv.
Under de senaste åren har Kipping och hans kollegor också ägnat sig och Cool Worlds Laboratory till studien av möjliga exoplaneter runt Proxima Centauri. Med hjälp av den kanadensiska rymdorganisationens mikrovariabilitet och oscillation of stars (MOST) satellit övervakade Kipping och hans kollegor Proxima Centauri i maj 2014 och igen i maj 2015 för att leta efter tecken på transiterande planeter.
Medan upptäckten av Proxima b slutligen gjordes av astronomer vid ESO med hjälp av Radial Velocity Method, var denna kampanj betydande för att uppmärksamma sannolikheten för att hitta jordiska, potentiellt bebodda planeter runt närliggande M-typ (röd dvärg) stjärnor. I framtiden hoppas också Kipping och hans team att genomföra studier av Proxima b för att avgöra om det har en atmosfär och avgöra vad dess CRF kan vara.
Återigen verkar det som att en av de många steniga planeterna som kretsar runt en röd dvärgstjärna (och som är närmare Jorden) kan vara en av de främsta kandidaterna för undersökningar om skötsel! Framtida undersökningar, som kommer att dra nytta av införandet av nästa generations teleskop (som James Webb rymdteleskop) kommer utan tvekan att avslöja mer om detta system och eventuella beboeliga världar som det har.
