Солнечная система TRAPPIST-1 не подвергалась бомбардировке камнями, как Земля

TRAPPIST-1 был бы ничем не примечательной звездой, если бы не научный интерес, вызванный его семью планетами. Астрономы впервые заметили новые миры, по крайней мере три из которых могут быть обитаемы, в 2016 году. Новое исследование предполагает, что способ орбиты планет TRAPPIST-1 может дать подсказки об их эволюции и о том, как часто космические камни врезались в них. годы взросления.

Расположенная примерно в 40 световых годах от Солнца в созвездии Водолея, TRAPPIST-1 представляет собой холодную тусклую звезду, называемую красным карликом, типом наиболее распространенного в нашей галактике Млечный Путь.

Вокруг звезды семь экзопланет размером с Землю, обозначаемых простыми буквами от TRAPPIST-1 b до h в зависимости от расстояния до звезды, вращаются по орбите, которую астрономы называют «резонансной».

Резонанс означает, что, хотя каждой планете требуется разное количество времени для завершения одного витка, пары регулярно встречаются снова в одной и той же начальной точке. Например, на каждые 8 ​​оборотов, совершенных планетой TRAPPIST-1 b, которая является ближайшей к звезде, планета c делает 5 кругов, планета d 4 и планета e 2 орбиты.

И в новом исследовании ученые утверждают, что этот странно регулярный орбитальный танец был бы невозможен, если бы эти планеты подвергались слишком сильному удару космическими камнями после их рождения в протопланетном диске, окружавшем недавно сформированную звезду TRAPPIST-1 примерно через 7 миллиардов лет назад.

«Мы выяснили, что после того, как эти планеты сформировались, они не подверглись бомбардировке более чем очень небольшим количеством веществ», — говорится в заявлении астрофизика Шона Раймонда из Университета Бордо во Франции и ведущего автора исследования.

«Это круто. Это интересная информация, когда мы думаем о других аспектах планет в системе». Команда американских и европейских исследователей смоделировала эволюцию системы TRAPPIST-1 на компьютере. Ученые пытались выяснить, сколько «материала» может поразить эти планеты, прежде чем их синхронный орбитальный танец будет нарушен.

«Мы не можем точно сказать, сколько вещества попало в любую из этих планет, но из-за этой особой резонансной конфигурации мы можем установить для нее верхний предел», — сказал Раймонд. «Мы можем сказать:« Это не могло быть больше, чем это ». И оказывается, что этот верхний предел на самом деле довольно мал «.

Модель предполагает, что планеты в системе TRAPPIST-1 должны были сформироваться очень рано и очень быстро, примерно за одну десятую времени, которое потребовалось нашей Земле для формирования, говорится в заявлении ученых.

К тому времени, когда протопланетный диск вокруг TRAPPIST-1 исчез, эти планеты уже вращались близко к своей родительской звезде. Ученые считают, что протопланетные диски, заполненные газом и пылью, существуют всего несколько миллионов лет после образования новой звезды.

По словам исследователей, компьютерные модели предполагают, что именно гравитационная сила этого диска толкает планеты в орбитальный резонанс. Удар большого тела, подобного тому, который пересекся с молодой Землей около 4,5 миллиардов лет назад в результате столкновения, образовавшего Луну, определенно нарушил бы этот синхронный орбитальный танец.

Ученые надеются, что понимание интенсивности бомбардировки космическими камнями на ранних этапах жизни планеты может помочь им понять химический состав планеты. В случае с Землей, многие химические элементы, включая живительную воду, были внесены в результате столкновения с кометами, астероидами и метеоритами.

Считается, что само по себе столкновение, в результате которого образовалась Луна, доставило большую часть нынешнего углерода и азота на планету, которые являются необходимыми предпосылками для существования жизни. В настоящее время ученые очень мало знают о химическом составе миров TRAPPIST-1. Понимание количества врезавшихся в них космических камней может улучшить эти оценки.

«Сегодня у нас есть некоторые ограничения на состав этих планет, например, сколько воды у них может быть», — сказал в заявлении Андре Изидоро, астрофизик из Университета Райса в Хьюстоне и соавтор статьи. «Но у нас очень большие планки ошибок».

Но эти планеты, возможно, уже сформировались из вещества, содержащего больше водорода, и, естественно, содержат больше воды, чем Земля, даже без всех этих приближающихся комет и космических камней.

«Например, если на одной из этих планет много воды, скажем, с массовой долей 20%, вода должна была быть включена в планеты рано, во время газовой фазы», ​​- сказал Изидоро. «Итак, вам нужно будет понять, какой процесс может принести эту воду на эту планету». Прямо сейчас у ученых мало инструментов, чтобы продвинуться дальше.

Но новые обсерватории, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба, начало работы которого запланировано на 2022 год, и самый мощный космический телескоп из когда-либо построенных, а также завершение строительства Чрезвычайно большого телескопа в Европейской южной обсерватории в 2024 году, могут помочь решить различные части головоломки. 

«Что касается системы TRAPPIST-1, у нас есть планеты с массой Земли, которые сформировались рано», — сказал в заявлении Радждип Дасгупта, планетолог из Университета Райса и другой соавтор статьи. «Таким образом, одно различие потенциалов по сравнению с образованием Земли состоит в том, что они с самого начала могли иметь некоторую водородную атмосферу и никогда не испытывали позднего гигантского столкновения.

И это может во многом изменить эволюцию с точки зрения внутренней части Земли. планеты, дегазации, нестабильной потери и других вещей, которые имеют значение для обитаемости «. Надеемся, что в конце этой головоломки ученые узнают, может ли существовать жизнь на какой-либо из этих далеких Земель.