Το κόκκινο νάνο αστέρι TRAPPIST-1 φιλοξενεί τη μεγαλύτερη ομάδα πλανητών μεγέθους περίπου Γης που βρέθηκαν ποτέ σε ένα μοναδικό αστρικό σύστημα. Βρίσκονται περίπου 40 έτη φωτός μακριά, αυτά τα επτά βραχώδη αδέλφια αποτελούν ένα παράδειγμα της τεράστιας ποικιλίας πλανητικών συστημάτων που πιθανώς γεμίζουν το σύμπαν.
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Planetary Science Journal δείχνει ότι οι πλανήτες TRAPPIST-1 έχουν εξαιρετικά παρόμοιες πυκνότητες. Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι όλα περιέχουν περίπου την ίδια αναλογία υλικών που πιστεύεται ότι συνθέτουν τους περισσότερους βραχώδεις πλανήτες, όπως σίδηρο, οξυγόνο, μαγνήσιο και πυρίτιο. Αλλά αν συμβαίνει αυτό, αυτή η αναλογία πρέπει να διαφέρει σημαντικά από τη Γη: Οι πλανήτες TRAPPIST-1 είναι περίπου 8% λιγότερο πυκνοί από ό, τι θα ήταν αν είχαν το ίδιο μοτίβο με τον πλανήτη μας. Με βάση αυτό το συμπέρασμα, οι ερευνητές υπέθεσαν μερικά διαφορετικά μίγματα συστατικών που θα μπορούσαν να δώσουν στους πλανήτες TRAPPIST-1 τη μετρούμενη πυκνότητα.
Ορισμένοι από αυτούς τους πλανήτες είναι γνωστοί από το 2016, όταν οι επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι βρήκαν τρεις πλανήτες γύρω από το αστέρι TRAPPIST-1 χρησιμοποιώντας το Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) στη Χιλή. Μεταγενέστερες παρατηρήσεις από το πλέον συνταξιούχο Διαστημικό Τηλεσκόπιο της NASA, σε συνεργασία με επίγεια τηλεσκόπια, επιβεβαίωσαν δύο από τους αρχικούς πλανήτες και ανακάλυψαν πέντε ακόμη. Με τη διαχείριση του Jet Propulsion Laboratory της NASA στη Νότια Καλιφόρνια, ο Spitzer παρατήρησε το σύστημα για πάνω από 1.000 ώρες πριν από τον παροπλισμό του τον Ιανουάριο του 2020. Τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και τώρα συνταξιούχοι Kepler έχουν επίσης μελετήσει το σύστημα.
Και οι επτά πλανήτες TRAPPIST-1, που είναι τόσο κοντά στο αστέρι τους, ώστε να χωράνε στην τροχιά του Ερμή, βρέθηκαν μέσω της μεθόδου διαμετακόμισης: Οι επιστήμονες δεν μπορούν να δουν τους πλανήτες απευθείας (είναι πολύ μικροί και σε σχέση με τον αστέρι), έτσι ψάχνουν για πτώσεις στη φωτεινότητα του αστεριού που δημιουργούνται όταν οι πλανήτες διασχίζουν μπροστά του.
Οι επαναλαμβανόμενες παρατηρήσεις των πτώσεων του αστεριού σε συνδυασμό με τις μετρήσεις των τροχιών των πλανητών επέτρεψαν στους αστρονόμους να εκτιμήσουν τις μάζες και τις διαμέτρους των πλανητών, οι οποίες με τη σειρά τους χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της πυκνότητάς τους. Οι προηγούμενοι υπολογισμοί έδειξαν ότι οι πλανήτες έχουν περίπου το μέγεθος και τη μάζα της Γης και, ως εκ τούτου, πρέπει επίσης να είναι βραχώδεις, ή επίγειοι σε αντίθεση με τον αέριο που κυριαρχείται, όπως ο Δίας και ο Κρόνος. Το νέο χαρτί προσφέρει τις πιο ακριβείς μετρήσεις πυκνότητας για κάθε ομάδα εξωπλανητών – πλανητών πέρα από το ηλιακό μας σύστημα.
Βασιλεία του Σίδηρου
Όσο ακριβέστερα γνωρίζουν οι επιστήμονες την πυκνότητα ενός πλανήτη, τόσο περισσότερα όρια μπορούν να θέσουν στη σύνθεσή του. Σκεφτείτε ότι ένα βάρος χαρτιού μπορεί να έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με μια μπάλα μπέιζμπολ, αλλά είναι συνήθως πολύ βαρύτερο. Μαζί, το πλάτος και το βάρος αποκαλύπτουν την πυκνότητα κάθε αντικειμένου, και από εκεί είναι δυνατό να συναχθεί ότι η μπάλα του μπέιζμπολ είναι κατασκευασμένη από κάτι ελαφρύτερο (κορδόνι και δέρμα) και το χαρτί είναι κατασκευασμένο από κάτι βαρύτερο (συνήθως γυαλί ή μέταλλο).
Οι πυκνότητες των οκτώ πλανητών στο δικό μας ηλιακό σύστημα ποικίλλουν πολύ. Οι διογκωμένοι γίγαντες που κυριαρχούν στο αέριο,ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας, είναι μεγαλύτεροι αλλά πολύ λιγότερο πυκνοί από τους τέσσερις επίγειους κόσμους, επειδή αποτελούνται κυρίως από ελαφρύτερα στοιχεία όπως το υδρογόνο και το ήλιο. Ακόμη και οι τέσσερις επίγειοι κόσμοι δείχνουν κάποια ποικιλία στις πυκνότητές τους, οι οποίες καθορίζονται τόσο από τη σύνθεση ενός πλανήτη όσο και από τη συμπίεση λόγω της βαρύτητας του ίδιου του πλανήτη. Αφαιρώντας την επίδραση της βαρύτητας, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν τι είναι γνωστό ως ασυμπίεστη πυκνότητας ενός πλανήτη και ενδεχομένως να μάθουν περισσότερα για τη σύνθεση ενός πλανήτη.
Οι επτά πλανήτες TRAPPIST-1 έχουν παρόμοιες πυκνότητες,, οι τιμές διαφέρουν όχι περισσότερο από 3%. Αυτό κάνει το σύστημα πολύ διαφορετικό από το δικό μας. Η διαφορά στην πυκνότητα μεταξύ των πλανητών TRAPPIST-1 και της Γης και της Αφροδίτης μπορεί να φαίνεται μικρή – περίπου 8% – αλλά είναι σημαντική σε πλανητική κλίμακα. Για παράδειγμα, ένας τρόπος για να εξηγήσετε γιατί οι πλανήτες TRAPPIST-1 είναι λιγότερο πυκνοί είναι ότι έχουν παρόμοια σύνθεση με τη Γη, αλλά με χαμηλότερο ποσοστό σιδήρου – περίπου 21% σε σύγκριση με το 32% της Γης, σύμφωνα με τη μελέτη.
Εναλλακτικά, ο σίδηρος στους πλανήτες TRAPPIST-1 μπορεί να εγχυθεί με υψηλά επίπεδα οξυγόνου, σχηματίζοντας οξείδιο του σιδήρου ή σκουριά. Το επιπλέον οξυγόνο θα μειώσει την πυκνότητα των πλανητών. Η επιφάνεια του Άρη παίρνει την κόκκινη απόχρωση από το οξείδιο του σιδήρου, αλλά όπως και τα τρία αδέλφια του, έχει έναν πυρήνα που αποτελείται από μη οξειδωμένο σίδηρο. Αντίθετα, εάν η χαμηλότερη πυκνότητα των πλανητών TRAPPIST-1 προκλήθηκε εξ ολοκλήρου από οξειδωμένο σίδηρο, οι πλανήτες θα έπρεπε να είναι σκουριασμένοι καθ ‘όλη τη διάρκεια και να μην έχουν συμπαγείς πυρήνες σιδήρου.
Ο Eric Agol, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον και επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης, δήλωσε ότι η απάντηση μπορεί να είναι ένας συνδυασμός των δύο σεναρίων, λιγότερο σίδηρος συνολικά και κάποιος οξειδωμένος σίδηρος.
Η ομάδα εξέτασε επίσης εάν η επιφάνεια κάθε πλανήτη θα μπορούσε να καλυφθεί με νερό, το οποίο είναι ακόμη ελαφρύτερο από τη σκουριά και το οποίο θα άλλαζε τη συνολική πυκνότητα του πλανήτη. Εάν συνέβαινε αυτό, το νερό θα πρέπει να αντιπροσωπεύει περίπου το 5% της συνολικής μάζας των τεσσάρων εξωτερικών πλανητών. Συγκριτικά, το νερό αποτελεί λιγότερο από το ένα δέκατο του 1% της συνολικής μάζας της Γης.
Επειδή είναι τοποθετημένα πολύ κοντά στο αστέρι τους για να παραμείνει το υγρό στις περισσότερες περιπτώσεις, οι τρεις εσωτερικοί πλανήτες TRAPPIST-1 θα απαιτούσαν ζεστές, πυκνές ατμόσφαιρες όπως η Αφροδίτη, έτσι ώστε το νερό να παραμείνει δεσμευμένο στον πλανήτη ως ατμός. Ωστόσο, ο Agol λέει ότι αυτή η εξήγηση φαίνεται λιγότερο πιθανή, διότι θα ήταν τυχαίο και οι επτά πλανήτες να έχουν αρκετό νερό για να έχουν τέτοιες πυκνότητες.
«Ο νυχτερινός ουρανός είναι γεμάτος πλανήτες και μόνο τα τελευταία 30 χρόνια καταφέραμε να αρχίσουμε να ξεδιπλώνουμε τα μυστήρια τους», δήλωσε η Caroline Dorn, αστροφυσική στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης και συνσυγγραφέας της μελέτης. «Το σύστημα TRAPPIST-1 είναι συναρπαστικό γιατί γύρω από αυτό το ένα αστέρι μπορούμε να μάθουμε για την ποικιλία των βραχώδεις πλανητών σε ένα μόνο σύστημα. Και μπορούμε πραγματικά να μάθουμε περισσότερα για έναν πλανήτη μελετώντας επίσης τους γείτονές του, έτσι αυτό το σύστημα είναι ιδανικό για αυτό. “