Ett konstnärs koncept av TRAPPIST-1-världarna, baserat på tillgängliga data om planets egenskaper.
(Bild: © NASA / JPL-Caltech)
Den största av världarna i det sju-planeten TRAPPIST-1-systemet har en atmosfär som har utvecklats över tid, snarare än den som bildades med det.
Observationer gjorda med NASA: s Hubble Space Telescope avslöjar att planetens atmosfär skiljer sig från dess framtida miljö, vilket innebär att det troligen är en stenig värld som liknar andra i systemet.
"Denna atmosfär är inte den den föddes med," berättade Hannah Wakeford, en forskare vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, till Space.com. En natal atmosfär skulle vara rik på väte, vilket forskarna inte ser. Istället "det har ändrats av olika processer", sa Wakeford. Atmosfärisk och geologisk aktivitet kunde ha spelat en viktig roll i förändringarna. [Exoplanet Tour: Meet the 7 Earth-Size Planets of TRAPPIST-1]
Wakeford och hennes kollegor använde Hubble för att studera TRAPPIST-1 g, den sjätte planeten från stjärnan. De hade tidigare testat atmosfären på de första fem planeterna, identifierade med bokstäverna b till f, och fann att alla fem planeter saknar de massiva väteatmosfärer som indikerar gasjättar, vilket gör dem mer benägna att vara steniga. Deras tidigare studie hade inte varit tillräckligt exakt för att avgöra om TRAPPIST-1 g hade sin ursprungliga atmosfär eller inte.
"G var det sista frågetecknet i det," sa Wakeford. "Precis som bröderna och systrarna innehåller den inte sin ursprungliga atmosfär. Den har en utvecklad atmosfär."
Hon presenterade resultaten i januari på vintermötet i American Astronomical Society i Seattle.
"Salt och peppar"
Under 2016 tillkännagav astronomer vid Chiles Transit Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) sin upptäckt av tre planeter runt den dimma stjärnan TRAPPIST-1. Fyra andra världar upptäcktes inom ett år, vilket innebär att det totala är sju. Alla planeter ligger inom den bebörliga zonen för deras stjärna, regionen där flytande vatten borde kunna kvarstå på en planets yta. TRAPPIST-1, endast 40 ljusår från jorden, innehåller de flesta planeter som är kända för att ligga inom en bebyggd zon för en enda stjärna.
TRAPPIST-1 g är världens största, med uppskattningar som placerar den på cirka 1,1 gånger jordens massa.
Om planeterna är gasjättar, skulle de behålla sin ursprungliga vätgasrika atmosfär. Däremot har steniga världar kraften att förändra sin atmosfär. Rörelsen av kol kan spela en nyckelroll i den utvecklande atmosfären. Smältande mantelmagma fångar kol under ytan. När magma rör sig mot ytan tillåter det minskade trycket kolet att fly ut i gasform. På jorden frigörs fångat karbonat som koldioxid, en växthusgas som låter vår planet växa varmare genom att fånga värme från solen. Tidigare forskning avslöjar att världar som Mars och månen också kan fånga kolrikt material, liksom andra element, och släppa dem ut i atmosfären i gasform.
Även känd som röda dvärgar, M dvärgar som TRAPPIST-1 utgör den högsta populationen av stjärnor i galaxen. Vissa studier tyder på att tre av fyra stjärnor kan vara en M-dvärg. De långlivade stjärnorna är svalare och mörkare än solliknande stjärnor, men de är också otroligt aktiva och döljer sina planeter i strålning som transporteras av kraftfulla blossar och utbrott. [Hur man berättar stjärntyper bortsett från (Infographic)]
Deras svala temperaturer kan också orsaka problem i sökandet efter liv. De lågmassa M-dvärgarna kan skryta med moln och till och med vattenånga i deras atmosfärer, ungefär som de största planeterna. Dessa molekyler kan skapa falska signaler för astronomer som försöker studera atmosfärerna i världarna som kretsar kring dem.
När en planet passerar mellan sin stjärna och jorden kan astronomer studera ljuset som strömmar genom dess himmel för att låsa upp några av mysterierna i planetatmosfären. Eftersom de bär vattenmolekyler kan M dvärgar göra processen mer utmanande; det kan vara svårt att avgöra om signaler som antyder förekomsten av vatten kommer från planeten eller stjärnan.
"Eftersom stjärnan har dessa funktioner i det, betyder det de mätningar du gör, du kan inte vara 100 procent säker på att det inte är stjärnan som du mäter," sa Wakeford. "Du måste kunna utesluta närvaron och effekten som stjärnan har på dessa planeter."
För att hjälpa till med att röra igenom röran utvecklade Wakeford och hennes kollegor en metod för att ta bort den stellar föroreningen. Först utförde de en djupgående studie av TRAPPIST-1 och undersökte hur stjärnans temperatur förändrades på olika platser.
"Stjärnan i sig är en blandning av tre olika typer av temperaturer," sade Wakeford. I allmänhet är stjärnan relativt sval, med en tredjedel av den täckt i något varmare fläckar på 2 726 grader Celsius (4 940 grader Fahrenheit). Mindre än 3 procent av stjärnan är täckt med extremt heta ställen vid en temperatur av 5 526 C (9 980 F).
Det beror på att TRAPPIST-1 är täckt av stjärnfläckar som Wakeford sa är mindre och ljusare än de som finns på vår sol.
"Distributionen av [fläckarna] är som salt och peppar - det är bara fläckigt överallt och fördelat jämnt," sa Wakeford.
Genom att studera stjärnan som en individuell planet i sitt system som passerade mellan den och jorden kunde astronomerna undersöka hur temperaturen från stjärnan förändrades.
"Vi kan faktiskt använda planeten som en sond av stjärnans temperaturegenskaper," sa Wakeford.
Med den informationen i handen undersökt astronomerna sedan själva planeten och var säker på att de kunde redogöra för molekylsignaler som kommer från stjärnan. De kunde utesluta den stora, puffiga väteatmosfären runt g som skulle ha föreslagit att det var en gasjättare snarare än en stenig värld vars luft hade förändrats genom geologiska och atmosfäriska processer.
"Det leder verkligen till den verkliga jordiska naturen på denna planet," sa Wakeford.
Teamet använde också sina mätningar för att beräkna planetens radie med 1.124 gånger jordens radie, vilket gav den en täthet precis under vår planet. Detta passar TRAPPIST-1 g fast: Det är en stenig värld.
Med sex av planeterna ur vägen hoppas astronomerna att uppmärksamma det sjunde och sista objektet, TRAPPIST-1 h. De planerar att studera planeten under sommaren 2019.
"Det kommer att bli riktigt spännande att tillämpa den här metoden igen, inte bara för att se vad planeten har gjort av utan att se hur stjärnan förändrar och påverkar denna planet," sa Wakeford.
Dessutom kan processen som de utvecklade för att separera vattenånga-kontaminering från TRAPPIST-1 också tillämpas på observationer av andra M-dvärgar.
Forskningen publicerades i slutet av 2018 i Astronomical Journal.
