I februari 2017 blev världen förvånad över att veta att astronomer - med hjälp av data från TRAPPIST-teleskopet i Chile och Spitzer Space Telescope - hade identifierat ett system med sju klippiga exoplaneter i TRAPPIST-1-systemet. Som om detta inte var tillräckligt uppmuntrande för exoplanet-entusiaster, indikerades det också att tre av de sju planeterna kretsade runt stjärnorna i den omgivande bebyggda zonen (alias "Goldilocks Zone").
Sedan den tiden har detta system varit i fokus för betydande undersökningar och uppföljningsundersökningar för att avgöra om någon av dess planeter kan vara beboelig eller inte. Inneboende för dessa studier har varit frågan om planeterna har flytande vatten på sina ytor eller inte. Men enligt en ny studie av ett team av amerikanska astronomer kan TRAPPIST-planeterna faktiskt ha för mycket vatten för att stödja livet.
Studien, med titeln "Inward Migration of the TRAPPIST-1 Planets as Inferred From They Water-Rich Compositions", dykte nyligen upp i tidskriften Naturastronomi. Studien leddes av Cayman T. Unterborn, en geolog med School of Earth and Space Exploration (SESE), och inkluderade Steven J. Desch, Alejandro Lorenzo (också från SESE) och Natalie R. Hinkel - en astrofysiker från Vanderbilt University , Nashville.
Som noterats har flera studier genomförts som har försökt bestämma om någon av TRAPPIST-1-planeterna kunde vara bebörlig. Och medan vissa har betonat att de inte skulle kunna hålla fast vid sina atmosfärer länge på grund av att de kretsar runt en stjärna som är variabel och benägen att blossa (som alla röda dvärgar), har andra studier funnit bevis för att systemet kunde vara rik på vatten och perfekt för livsbyte.
För deras studie använde teamet data från tidigare undersökningar som försökte placera begränsningar för massan och diametern på TRAPPIST-1-planeterna för att beräkna deras täthet. Mycket av detta kom från ett datasätt som heter Hypatia Catalog (utvecklat av den medverkande författaren Hinkel), som sammanfogar data från över 150 litterära källor för att bestämma de stora stjärnorna i närheten av vår sol.
Med hjälp av dessa data konstruerade teamet modeller för massradiuskomposition för att bestämma det flyktiga innehållet i var och en av TRAPPIST-1-planeterna. Vad de märkte är att TRAPPIST-planeterna traditionellt är lätta för steniga kroppar, vilket indikerar ett högt innehåll av flyktiga element (t.ex. vatten). I liknande världar med låg densitet anses den flyktiga komponenten vanligtvis ha form av atmosfäriska gaser.
Men som Unterborn förklarade i en ny SESE-nyhetsartikel, TRAPPIST-1-planeterna är en annan fråga:
”[T] de TRAPPIST-1-planeterna är för små i massan för att hålla fast i tillräckligt med gas för att kompensera för densitetsunderskottet. Även om de skulle kunna hålla fast vid gasen, skulle mängden som behövs för att kompensera för täthetsunderskottet göra planeten mycket övre än vi ser. ”
På grund av detta bestämde Unterborn och hans kollegor att komponenten med låg täthet i detta planetsystem måste vara vatten. För att bestämma hur mycket vatten som fanns där, använde teamet ett unikt mjukvarupaket utvecklat känt som ExoPlex. Den här mjukvaran använder modernaste fysikaliska miniräknare som gjorde det möjligt för teamet att kombinera all tillgänglig information om TRAPPIST-1-systemet - inte bara massan och radien för enskilda planeter.
Vad de fann var att de inre planeterna (b och c) var "torrare" - med mindre än 15 viktprocent vatten - medan de yttre planeterna (f och g) hade mer än 50 viktprocent vatten. Som jämförelse har jorden bara 0,02% vatten i massa, vilket innebär att dessa världar har motsvarigheten till hundratals jordstorlekar i sin volym. I grund och botten betyder det att TRAPPIST-1-planeterna kan ha för mycket vatten för att stödja livet. Som Hinkel förklarade:
”Vi tror vanligtvis att ha flytande vatten på en planet som ett sätt att starta livet, eftersom livet, som vi känner till det på jorden, mestadels består av vatten och kräver att det lever. Men en planet som är en vattenvärld, eller en som inte har någon yta ovanför vattnet, har inte de viktiga geokemiska eller elementära cyklerna som är absolut nödvändiga för livet. "
Dessa fynd böjer inte bra för dem som tror att stjärnor av M-typ är det mest troliga stället att ha bebodda planeter i vår galax. Röda dvärgar är inte bara den vanligaste stjärntypen i universum, de står för 75% av stjärnorna i Vintergalaksen ensam, flera som är relativt nära vårt solsystem har visat sig ha en eller flera steniga planeter som kretsar kring dem.
Bortsett från TRAPPIST-1 inkluderar dessa superjordarna som upptäcktes kring LHS 1140 och GJ 625, de tre steniga planeterna som upptäcktes runt Gliese 667 och Proxima b - den närmaste exoplaneten till vårt solsystem. En undersökning som genomfördes med HARPS-spektrograf vid ESO: s La Silla-observatorium 2012 visade dessutom att det kan finnas miljarder steniga planeter som kretsar kring de bebodliga zonerna för röda dvärgstjärnor i Vintergatan.
Tyvärr indikerar dessa senaste resultat att planeterna i TRAPPIST-1-systemet inte är gynnsamma för livet. Dessutom skulle det förmodligen inte vara tillräckligt med liv på dem för att producera biosignaturer som skulle kunna observeras i deras atmosfärer. Dessutom drog laget också slutsatsen att TRAPPIST-1-planeterna måste ha bildat far bort från sin stjärna och migrerat inåt över tiden.
Detta baserades på det faktum att de isrika TRAPPIST-1-planeterna var långt närmare deras stjärnas respektive "islinje" än de torrare. I alla solsystem kommer planeter som ligger inom denna linje att vara stenigare eftersom deras vatten förångas eller kondenseras för att bilda hav på ytorna (om en tillräcklig atmosfär finns). Utöver denna linje kommer vatten att ha formen av is och kan tillföras planeter.
Från sina analyser bestämde teamet att TRAPPIST-1-planeterna måste ha bildats bortom islinjen och migrerade mot deras värdstjärna för att anta sina nuvarande banor. Eftersom stjärnor av M-typen (röd dvärg) är kända för att vara ljusast efter den första formen och dämpa över tiden, skulle islinjen också ha rört sig inåt. Som medförfattare Steven Desch förklarade, hur långt planeterna migrerade därför skulle bero på när de hade bildats.
"Ju tidigare planeterna bildades, desto längre bort från stjärnan som de behövde ha bildat för att ha så mycket is," sade han. Baserat på hur lång tid det tar för steniga planeter att bildas, uppskattade teamet att planeterna ursprungligen måste ha varit dubbelt så långt från sin stjärna som de är nu. Även om det finns andra indikationer på att planeterna i detta system migrerade över tid, är denna studie den första som kvantifierar migrationen och använder kompositdata för att visa den.
Denna studie är inte den första som visar att planeter som kretsar runt röda dvärgstjärnor i själva verket kan vara ”vattenvärlder”, vilket skulle innebära att steniga planeter med kontinenter på sina ytor är en relativt sällsynt sak. Samtidigt har andra studier genomförts som indikerar att sådana planeter troligen har svårt att hålla fast vid atmosfären, vilket indikerar att de inte skulle förbli vattenvärldar så länge.
Men tills vi kan få en bättre titt på dessa planeter - vilket kommer att vara möjligt med implementeringen av nästa generations instrument (som James Webb rymdteleskop) - Vi kommer att tvingas teoretisera om vad vi inte vet baserat på vad vi gör. Genom att långsamt lära oss mer om dessa och andra exoplaneter kommer vår förmåga att bestämma var vi ska leta efter liv bortom vårt solsystem förfinas.
