Tillkännagivandet av ett system med sju planeter runt stjärnan TRAPPIST-1 tidigare i år inledde en rörelse av vetenskapligt intresse. Inte bara var detta en av de största grupperna av planeter som upptäcktes kring en enda stjärna, det faktum att alla sju visade sig vara markbundna (steniga) i naturen var mycket uppmuntrande. Ännu mer uppmuntrande var det faktum att tre av dessa planeter visade sig kretsa runt stjärnans bebodda zon.
Sedan den tiden har astronomer försökt lära sig allt de kan om detta planetsystem. Bortsett från om de har atmosfärer eller inte, söker astronomer också att lära sig mer om sina banor och ytförhållanden. Tack vare ansträngningarna från ett internationellt team av astronomer ledda av University of Washington har vi nu en exakt uppfattning om hur förhållandena kan vara på dess yttersta planet - TRAPPIST-1h.
Enligt teamets studie - "En resonanskedja med sju planeter i TRAPPIST-1", som nyligen publicerades i tidskriften Naturastronomi - de förlitade sig på data från Kepler-uppdraget för att bestämma planetens omloppsperiod. De konsulterade specifikt data som erhölls under kampanj 12 i K2-uppdraget, en 79-dagars observationsperiod som gick från 15 december 2016 till 4 mars 2017.
Leds av Rodrigo Luger, en doktorand vid University of Washington, var teamet redan medvetet om mönster i banorna i systemets sex inre planeter. Detta baserades på tidigare data från Spitzer Space Telescope, som indikerade att dessa planeter är i en orbital resonans - dvs deras respektive orbitalperioder är matematiskt relaterade och påverkar varandra.
Från dessa data hade teamet redan beräknat att TRAPPIST-1h skulle ha en omloppsperiod på knappt 19 dagar. När de konsulterade K2-uppgifterna, märkte de att under 79-dagars observationsperiod gjorde TRAPPIST-1h fyra transiteringar av stjärnan - vilket fungerade till en orbitalperiod på 18,77 dagar. Med andra ord fann teamet att deras observationer stämde överens med deras beräkningar.
Detta konstaterande var en välkommen lättnad för Luger och hans kollegor. Som han sade i ett UW-pressmeddelande:
”TRAPPIST-1h var exakt där vårt team förutspådde att det skulle vara. Det orsakade mig ett tag att vi såg vad vi ville se. Saker är nästan aldrig exakt som du förväntar dig på detta område - det finns vanligtvis överraskningar runt varje hörn, men teori och observation matchade perfekt i detta fall. ”
Upptäckten av denna resonans innebär att TRAPPIST-1 har satt ett nytt rekord. Till att börja med är det redan känt från att vara ett av bara tvåstjärniga system för att vara värd för sju extra solplaneter - den andra är HR 8832-stjärnsystemet, en huvudsekvens av K3V-typen med variabel stjärna som ligger 21 ljusår bort. För det andra har den de mest bekräftade markplaneterna som hittills upptäckts i ett enstjärnigt system.
Men med de senaste uppgifterna har TRAPPIST-1 nu rekordet för att ha de flesta planeterna också i en orbital resonans. De tidigare platsinnehavarna var Kepler-80 och Kepler-223, som båda har fyra planeter i en orbital resonans. Enligt Luger fastställdes denna resonans troligen när TRAPPIST-1-systemet fortfarande var ungt och planeterna fortfarande var i processen. Som Luger förklarade:
”Resonansstrukturen är ingen slump och pekar på en intressant dynamisk historia där planeterna troligen vandrade inåt i låssteg. Detta gör systemet till en stor testbed för planetbildning och migrationsteorier. Vi kunde därför titta på en planet som en gång var bebodd och sedan dess har fryst, vilket är fantastiskt att tänka på och är bra för uppföljningsstudier. ”
Möjligheten att planeterna uppnådde sin nuvarande omloppsdans tidigt i systemets historia kan också innebära att TRAPPIST-1h en gång var beboelig. Medan tre planeter går i bana med stjärnans bebodliga zon (TRAPPIST-1 d, e och f), kretsar TRAPPIST-1h stjärnan på ett avstånd av cirka 10 miljoner km (6 miljoner mi), vilket placerar den långt utanför räckhåll för stjärna beboelig zon.
Faktum är att på detta avstånd får TRAPPIST-1h ungefär lika mycket energi från solen som dvärgplaneten Ceres (belägen i vårt solsystem i Main Asteroid Belt, mellan Mars och Jupiter), vilket resulterar i en genomsnittlig yttemperatur på 173 K (-100 ° C; -148 ° F). Men tidigare, när stjärnan var ljusare och varmare, kan planeten ha fått tillräckligt med energi att ytan skulle ha varit tillräckligt varm för att stödja flytande vatten.
"Vi kunde därför titta på en planet som en gång var bebodd och sedan dess har fryst, vilket är fantastiskt att tänka på och är bra för uppföljningsstudier," sade Luger. TRAPPIST-1 är också en främsta kandidat för uppföljningsstudie med tanke på dess närhet. Ligger bara 39,5 ljusår från jorden, denna stjärna och dess planetsystem erbjuder några exceptionella möjligheter för studier av exoplaneter och M-typ stjärna livsmiljö.
Utöver detta visade denna studie också att trots att två reaktionshjul misslyckats är Kepler-uppdraget fortfarande oerhört användbart när det gäller studiet av exoplaneter. Trots det faktum att upprätthålla ett konstant öga på TRAPPIST-1-systemet innebar instrumentella utmaningar lyckades Kepler fortfarande producera tillförlitlig information som var förenlig med teamets beräkningar.
Förutom att bestämma TRAPPIST-1hs omloppsperiod, använde teamet K2-data för att ytterligare karaktärisera banorna i de andra sex planeterna, utesluta möjligheten att det finns fler planeter i systemet och lära sig mer om själva stjärnan (som dess rotation period och aktivitetsnivå). Denna information kommer också att vara avgörande för att bestämma huruvida någon av planeterna som ligger i stjärnans beboeliga zon i själva verket kan vara beboeliga eller inte.
Upptäckten av TRAPPIST-1: s system var en händelse som var under många år. Men hastigheten som nya upptäckter har dykt upp har varit mycket imponerande. Under de kommande åren, med utplacering av nästa generations planetjägare - som James Webb Telescope och Transitting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - kommer vi att kunna gräva djupare och lära oss ännu mer.
Och se till att njuta av den här videon av TRAPPIST-1: s banans resonans, med tillstånd av lektor Daniel Fabrycky vid University of Chicago:
