24 stycznia 2021

Wszystkie planety układu TRAPPIST-1 mogą być zbudowane z podobnych surowców

Siedem egzoplanet krążących wokół TRAPPIST-1, oddalonej od nas o 40 lat świetlnych, które odkryto w 2016 roku daje wgląd w ogromną różnorodność układów planetarnych, jakie prawdopodobnie wypełniają Wszechświat. Nowe badanie, opublikowane w Planetary Science Journal, pokazuje, że planety mają zadziwiająco podobne gęstości.


Idealny układ do obserwacji
W 2018 roku naukowcy pod kierownictwem Simona Grimma z Uniwersytetu w Bernie dostarczyli najdokładniejszych dotychczas obliczeń mas siedmiu planet krążących wokół gwiazdy TRAPPIST-1. Obliczenia te wykazały, że planety mają rozmiar i masę mniej więcej Ziemi, a zatem również muszą być skaliste, czy ziemskie – w przeciwieństwie do planet zdominowanych przez gaz, takich jak Jowisz i Saturn.

Od czasu pierwszego wykrycia światów wokół TRAPPIST-1, naukowcy badali rodzinę tych planet za pomocą wielu naziemnych i kosmicznych teleskopów. Na przykład Kosmiczny Teleskop Spitzera dostarczył 1000 godzin obserwacji układu, zanim został wycofany z pracy w styczniu 2020 roku. „Nowe obserwacje dostarczyły nam danych o tranzytach z o wiele dłuższego okresu niż był dostępny nam do obliczeń z 2018 roku. Dzięki nowym badaniom byliśmy w stanie dopasować ostatecznie masy i gęstości wszystkich siedmiu planet i okazało się, że ich gęstości są jeszcze bardziej podobne, niż się spodziewaliśmy” – mówi Simon Grimm i dodaje, że wynik ten pokazuje, jak ważna jest obserwacja takich układów egzoplanetarnych na przestrzeni kilku lat.

Siedem planet o podobnej gęstości
W naszym własnym Układzie Słonecznym gęstość ośmiu planet jest bardzo zróżnicowana. Zdominowane przez gaz olbrzymy – Jowisz, Saturn, Uran i Neptun – są większe ale znacznie mniej gęste niż cztery ziemskie światy: Merkury, Wenus, Ziemia i Mars. Z drugiej strony siedem planet TRAPPIST-1 ma podobną gęstość, co sprawia, że układ jest zupełnie inny od naszego. To, że planety TRAPPIST-1 mają podobną gęstość może oznaczać, że wszystkie zawierają mniej więcej taki sam stosunek składników, które, jak się uważa, tworzą większość planet skalistych, takich jak żelazo, tlen, magnez i krzem. Ponieważ są one o 8% mniej gęste niż nasza planeta, przepis na planety wokół TRAPPIST-1 musi być inny niż w przypadku Ziemi. Na podstawie tego wniosku, autorzy artykułu postawili hipotezę, jaka mieszanka składników objętościowych może nadać planetom TRAPPIST-1 tę określoną gęstość.

Woda i żelazo jako możliwe wyjaśnienia
Naukowcy zbadali między innymi, czy powierzchnie planet mogą być pokryte wodą, co zmieniłoby ich ogólną gęstość. Łącząc modele wnętrz planet z modelami atmosfer planet naukowcy byli w stanie ocenić zawartość wody na wszystkich siedmiu planetach układu z bezprecedensową precyzją dla tej kategorii planet. Gdyby niższą gęstość można było wytłumaczyć obecnością wody, musiałaby ona stanowić 5% całkowitej masy czterech zewnętrznych planet. Dla porównania, woda stanowi mniej niż 0,1% całkowitej masy Ziemi. „Jednak nasze modele struktury wewnętrznej i atmosfery pokazują, że trzy wewnętrzne planety układu TRAPPIST-1 prawdopodobnie są pozbawione wody a cztery zewnętrzne planety mają nie więcej niż kilka procent wody na swoich powierzchniach, prawdopodobnie w stanie ciekłym” – mówi Martin Turbet, astrofizyk z Uniwersytetu Genewskiego i współautor badania.

Eric Agol, astrofizyk z University of Washington i główny autor nowego badania, dodaje, że wszystkie planety prawdopodobnie mają dość niską zawartość wody (prawdopodobnie poniżej kilku procent), ponieważ w przeciwnym razie byłoby to zbiegiem okoliczności, aby na wszystkich siedmiu planetach było wystarczająco dużo wody, by mieć podobne gęstości.

Innym sposobem wyjaśnienia niższej gęstości jest to, że planety TRAPPIST-1 mają podobny skład do Ziemi, ale mniejszą zawartość żelaza – około 21% w porównaniu z 32% na Ziemi. Alternatywnie, żelazo na planetach TRAPPIST-1 może być nasycone wysokim poziomem tlenu, tworząc tlenek żelaza lub rdzę. Dodatkowy tlen zmniejszyłby gęstość planety. Powierzchnia Marsa ma czerwony odcień pochodzący od tlenku żelaza, ale podobnie jak trójka jego rodzeństwa typu ziemskiego, ma jądro zbudowane z nieutlenionego żelaza. Z drugiej strony, gdyby mniejsza gęstość planet tego układu była w całości wywołana przez utlenione żelazo, wówczas planety musiałyby być zardzewiałe i nie mogłyby mieć żelaznych jąder.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Odkryto „mrugającego olbrzyma” w pobliżu centrum Galaktyki

Astronomowie zauważyli olbrzymią „mrugającą” gwiazdę w centrum Drogi Mlecznej , ponad 25 000 lat świetlnych od nas. Wizja artystyczna gwiaz...