I februari 2017 tillkännagav astronomer från European Southern Observatory (ESO) upptäckten av sju steniga planeter runt den närliggande stjärnan TRAPPIST-1. Inte bara var detta det största antalet jordliknande planeter som hittills upptäckts i ett enstjärnigt system, utan nyheterna stärktes också av det faktum att tre av dessa planeter visade sig kretsa inom stjärnans bebodliga zon.
Sedan den tiden har flera studier genomförts för att fastställa sannolikheten för att dessa planeter faktiskt är bebodda. Tack till ett internationellt team av forskare som använde Hubble rymdteleskop för att studera systemets planeter har vi nu de första ledtrådarna om huruvida vatten (en viktig ingrediens i livet som vi känner det) finns på någon av TRAPPIST-1: s steniga världar.
Teamets studie, med titeln "Temporal Evolution of the High-Energy Bestrålning och vatteninnehåll i TRAPPIST-1 Exoplanets", dykte nyligen upp på Hubble webbplats. Ledd av den schweiziska astronomen Vincent Bourrier från Observatoire de l’Université de Genève, förlitade teamet sig på Hubbles rymdteleskopavbildningspektrografi (STIS) för att studera mängden ultraviolett strålning som var och en av TRAPPIST-1-planeterna får.
Som Bourrier förklarade i ett pressmeddelande från Hubble, hjälpte detta dem att bestämma vatteninnehållet i systemets sju planeter:
”Ultraviolett strålning är en viktig faktor i den atmosfäriska utvecklingen av planeter. Liksom i vår egen atmosfär, där ultraviolett solljus bryter molekyler från varandra, kan ultraviolett stjärnbelysning bryta vattenånga i atmosfärerna av exoplaneter till väte och syre. ”
Hur ultraviolett strålning interagerar med en planetens atmosfär är viktigt när det gäller att bedöma en planets potentiella livsmiljö. Medan UV-strålning med låg energi orsakar fotodissociation, en process där vattenmolekyler bryts ned i syre och väte, extrema ultravioletta strålar (XUV-strålning) och röntgenstrålar får den övre atmosfären på en planet att värmas upp - vilket får väte och syre till fly.
Eftersom väte är lättare än syre förloras det lättare i rymden där dess spektra kan observeras. Det är precis vad Bourrier och hans team gjorde. Genom att övervaka TRAPPIST-1-planetsspektra för tecken på väteförlust kunde teamet effektivt mäta deras vatteninnehåll. Vad de fann var att UV-strålningen som släppts ut av TRAPPIST-1 antyder att planeterna kunde ha förlorat en hel del vatten under sin historia.
Förlusterna var mest allvarliga för de innersta planeterna - TRAPPIST-1b och 1c - som får mest UV-strålning från sin stjärna. I själva verket uppskattar teamet att dessa planeter kunde ha förlorat mer än 20 värden på jordens hav under loppet av systemets historia - vilket beräknas vara mellan 5,4 och 9,8 miljarder år gammalt. Med andra ord skulle dessa inre planeter vara torrt och definitivt sterila.
Men samma resultat tyder också på att de yttre planeterna i systemet har förlorat betydligt mindre vatten över tid, vilket kan innebära att de fortfarande har stora mängder på sina ytor. Detta inkluderar de tre planeterna som ligger inom stjärnans bebodliga zon - TRAPPIST-1e, f och g - vilket indikerar att dessa planeter trots allt kan vara beboeliga.
Dessa fynd förstärks av den beräknade vattenförlusten och geofysiska vattenutsläppshastigheter, vilket också gynnar idén att de mer massiva och yttersta planeterna har behållit det mesta av sitt vatten över tid. Dessa fynd är mycket signifikanta, eftersom de vidare visar att atmosfärisk utrymning och utveckling är nära kopplade till planeterna i TRAPPIST-1-systemet.
Resultaten är också uppmuntrande, eftersom tidigare studier som ansåg förlust av atmosfär i detta system målade en ganska dyster bild. Dessa inkluderar sådana som indikerade att TRAPPIST-1 upplever för mycket bloss, att även lugna röda dvärgar utsätter sina planeter för intensiv strålning över tid, och att avståndet mellan TRAPPIST-1 och dess respektive planeter skulle innebära att solvind skulle avsättas direkt på deras atmosfärer.
Med andra ord ifrågasätter dessa studier huruvida stjärnor som kretsar runt M-typen (röd dvärg) stjärnor skulle kunna behålla sina atmosfärer över tid - även om de hade en jordliknande atmosfär och magnetosfär. Liksom Mars, indikerade denna forskning att atmosfärisk strippning orsakad av solvind skulle oundvikligen göra deras ytor kalla, uttorkade och livlösa.
Kort sagt, detta är en av de få goda nyheterna som vi har fått sedan förekomsten av sju planeter i TRAPPIST-1-systemet (och tre potentiellt beboeliga) först meddelades. Det är också en positiv indikation när det gäller brukbarheten för röda dvärgstjärnsystem. Under de senaste åren har många av dessa imponerande exoplanetfynd skett kring röda dvärgstjärnor - dvs. Proxima b, LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b och Gliese 682c.
Med tanke på antalet steniga planeter som har upptäckts som kretsar kring denna stjärntyp - och det faktum att de är de vanligaste i universum (står för 70% av stjärnorna i Vintergatan ensam) - medvetande om att de kunde stödja bebodda planeter är verkligen välkommen! Men naturligtvis betonar Bourrier och hans kollegor att studien inte är avgörande, och ytterligare forskning behövs för att avgöra om någon av TRAPPIST-1-planeterna verkligen är vattniga.
Som Bourieer antydde kommer detta sannolikt att involvera nästa generations teleskop:
”Medan våra resultat antyder att de yttre planeterna är de bästa kandidaterna för att söka efter vatten med det kommande James Webb rymdteleskopet, belyser de också behovet av teoretiska studier och kompletterande observationer vid alla våglängder för att bestämma TRAPPIST-1-planeternas natur och deras potentiella livsmiljö. ”
Steniga planeter runt den vanligaste typen av stjärna, potentialen att hålla kvar vatten och 1 miljon potentiella planeter i Milky Way Galaxy ensam. En sak är säker: James Webb rymdteleskopet kommer att ha sina händer fulla när det kommer ut i oktober 2018!
Och se till att kolla in denna animering av TRAPPIST-1-systemet också, med tillstånd av L. Calçada och ESO:
