Открытие в прошлом году планетарной системы TRAPPIST-1 вызвало много восторга. Семь планет вращаются вокруг звезды класса красный карлик и находятся «всего» в 40 световых годах от Земли. К моменту открытия этой системы астрономы считали, что по крайней мере некоторые из ее планет можно отнести к землеподобным. Результаты же нового исследования TRAPPIST-1 говорят о том, что на некоторых планетах системы воды может быть даже больше, чем на Земле. В отдельных случаях до 250 раз больше.
В новом исследовании ученые решили выяснить плотность семи планет системы TRAPPIST-1. Но даже при наличии в своем распоряжении очень мощных телескопов для астрономов эта задача оказалась весьма непростой. В исследовании принимали участие космический телескоп «Спитцер», космический телескоп «Кеплер», а также телескопы программы SPECULOOS, расположенные в Паранальской обсерватории и принадлежащие ESO (Европейской Южной обсерватории).
Художественное представление нескольких планет, расположенных рядом с ультрахолодным красным карликом TRAPPIST-1. Новые наблюдения за системой и сложный анализ полученных данных предоставили ученым информацию о плотности всех семи земплеподобных планет, указав также на то, что некоторые из них очень богаты летучими веществами, возможно, водой
Сбор данных сразу тремя мощными телескопами позволил ученым провести довольно сложное компьютерное моделирование, в рамках которого была определена плотность планет. В результате ученые выяснили, что все планеты в целом каменистые, а на 5 процентов массы некоторых из них может приходиться вода. В качестве сравнения, на Земле этот показатель составляет порядка 0,02 процента.
Как уже говорилось выше, определить плотность планет оказалось непросто. Сначала ученым потребовалось выяснить их массу и размеры. Напомним, что планеты системы TRAPPIST-1 были обнаружены транзитным методом поиска экзопланет. Когда планета проходит мимо своей звезды, она частично перекрывает некоторый объем поступающего в сторону наблюдателя света. Транзитный метод, помимо прочего, дает возможность примерно оценить размер планеты, совершающей транзит.
Гораздо сложнее было определить их массу, так как планеты с различной массой могут иметь одинаковые орбиты, поэтому определить что-то наверняка, как правило, не представляется возможным. Однако в случае с такой мультипланетарной системой, как TRAPPIST-1, способ нашелся.
С вращением вокруг звезды TRAPPIST-1 более массивные планеты по сравнению с более легкими гораздо сильнее оказывают гравитационное воздействие на орбиты других планет. Это воздействие также оказывает влияние и на время транзита. Эти эффекты «очень сложные и едва уловимые», говорит команда ученых, и для определения плотности каждой планеты потребовалось множество раз проводить наблюдение и измерение транзитного времени, а также очень сложное компьютерное моделирование.
«Планеты системы TRAPPIST-1 расположены настолько близко друг от друга, что каждая из них воздействует на соседние с ней своей гравитацией. Поэтому, когда та или иная планета проходит напротив звезды, ее время транзита слегка изменяется. Эти изменения будут зависеть от массы планеты, ее плотности и других орбитальных параметров. С помощью компьютерной модели мы создавали симуляцию орбит планет до тех пор, пока расчетное транзитное время не согласовывалось с наблюдаемыми значениями, и таким образом мы смогли определить их массы», — объясняет глава исследования Саймон Гримм.
А что там с водой?
Во-первых, следует сразу сказать, что в рамках этого исследования ученые не определили наличие воды на планетах. Они определили присутствие летучих веществ, одним из которых может быть вода. Но даже так это очень важные для науки результаты. Мы повышаем свою эффективность в поиске новых экзопланет, поэтому следующим шагом для нас будет определение свойств их возможных атмосфер.
«Одно время цель исследования экзопланет заключалась в изучении состава землеподобных планет на вопрос определения их размера, а также температуры на их поверхности. Открытие системы TRAPPIST-1 и технологические возможности Европейской Южной обсерватории в Чили, а также космического телескопа «Спитцер» сделали достижение этой цели возможным – они предоставили нам первые намеки на то, из чего могут быть сделаны землеподобные планеты», — комментирует Эрик Агол, один из участников описываемого сегодня исследования.
На изображении показано сравнение масс и энергий семи планет TRAPPIST-1 со свойствами четырех внутренних планет Солнечной системы
В рамках этого исследования астрономами было определено следующее:
- Планеты TRAPPIST 1-b и 1c ближе всего расположены к звезде и с большой долей вероятности имеют твердое ядро, а также окружены атмосферой, которая может быть плотнее, чем у Земли.
- Планета TRAPPIST-1d является самой легкой среди планет системы. Ее масса составляет всего 30 процентов от общей массы Земли. Ученые не уверены, имеет ли планета плотную атмосферу, океан или ледяной поверхностный слой.
- Планета TRAPPIST-1e удивила ученых. Это единственная планета системы, чья плотность выше земной. Исследователи предполагают наличие у нее плотного железного ядра. Планета, возможно, имеет атмосферу, океан или ледяной слой. TRAPPIST-1e оказалась для астрономов настоящей загадкой, так как она, по их мнению, имеет гораздо более твердый состав, по сравнению с другими планетами системы. Она больше всего походит на Землю. По крайней мере в своих размерах, плотности и том объеме космического излучения, который она получает от своей родной звезды.
- Планеты TRAPPIST-1f, g и h могут иметь ледяную поверхность. Даже если у них имеется атмосфера, то в ней, скорее всего, будет отмечаться отсутствие более тяжелых элементов вроде того же углекислого газа, которые можно найти в земной атмосфере.
Исследование системы TRAPPIST-1 будет продолжаться еще очень долгое время. Ожидается, что система станет одной из первых целей нового космического телескопа Джеймс Уэбб. Даже если окажется, что ни одна из планет системы не подходит для жизни, их исследование может много рассказать нам о том, где же искать воду, потенциально пригодные для обитания миры и жизнь в космосе.