Komunikat prasowy

Ultrachłodny karzeł i siedem planet

W wyjątkowo bogatym systemie planetarnym znaleziono planety wielkości Ziemi i z przyjemną temperaturą

22 lutego 2017

Astronomowie znaleźli system z siedmioma planetami wielkości Ziemi, położony zaledwie 40 lat świetlnych od nas. Do okrycia użyto teleskopów naziemnych i kosmicznych, w tym - należącego do ESO - Bardzo Dużego Teleskopu (VLT). Wszystkie planety wykryto, gdy przechodziły przed swoją gwiazdą, ultrachłodnym karłem znanym jako TRAPPIST-1. Według publikacji, która ukaże się dzisiaj w czasopiśmie „Nature”, trzy planety są położone w ekosferze i mogą posiadać oceany wody na swoich powierzchniach, co zwiększa szanse na to, iż ten system planetarny może być siedliskiem dla życia. Układ ma także największą liczbę planet wielkości Ziemi, spośród znalezionych do tej pory, a także największą liczbę światów mogących posiadać ciekłą wodę na powierzchni.

Astronomowie korzystający z teleskopu TRAPPIST–South w Obserwatorium La Silla, Very Large Telescope (VLT) w Obserwatorium Paranal (należącego do ESO) i Kosmicznego Teleskopu Spitzera (należącego do NASA), a także z innych teleskopów na całym świecie [1], potwierdzili istnienie co najmniej siedmiu małych planet krążących wokół chłodnego czerwonego karła TRAPPIST-1. Wszystkie te planety, nazwane TRAPPIST-1 b, c, d, e, f, g oraz h, w kolejności rosnącej odległości od gwiazdy, mają rozmiary podobne do Ziemi [3].

Obserwacje osłabień światła gwiazdy spowodowane przez każdą z siedmiu planet podczas przechodzenia przed gwiazdą — co określane jest jako "tranzyt" — pozwoliły astronomom ustalić informacje o rozmiarach planet, ich budowie i orbitach [4]. Okazało się, że co najmniej sześć wewnętrznych planet jest porównywalnych do Ziemi, zarówno pod względem rozmiarów, jak i temperatury.

Główny autor publikacji, Michaël Gillon ze STAR Institute na University of Liège w Belgii, jest zadowolony z odkrycia: „To niesamowity system planetarny — nie tylko dlatego, że znaleźliśmy tak wiele planet, ale ponieważ wszystkie one są zaskakująco podobne rozmiarami do Ziemi!”

Z masą zaledwie 8% masy Słońca, TRAPPIST-1 jest bardzo mała w kategorii gwiazd — marginalnie większa niż planeta Jowisz — i chociaż świeci blisko nas, w konstelacji Wodnika, wydaje się bardzo słaba. Astronomowie przypuszczali, że tego typu małe gwiazdy mogą posiadać wiele planet wielkości Ziemi na ciasnych orbitach, co by czyniło je obiecującymi celami w poszukiwaniach życia pozaziemskiego, ale TRAPPIST-1 jest pierwszym odkrytym tego typu systemem.

Współautor publikacji, Amaury Triaud, wyjaśnia: „Energia wypromieniowywana z małej gwiazdy, takiej jak TRAPPIST-1, jest znacznie słabsza niż ze Słońca. Planety misuałyby mieć orbity znacznie bliższe niż w Układzie Słonecznym, jeśli miałaby na nich występować woda na powierzchni. Na szczęście wydaje się, że tego typu zwartą konfigurację właśnie widzimy wokół TRAPPIST-1!”

Zespół badawczy ustalił, że wszystkie planety w tym systemie są podobne rozmiarami do Ziemi i Wenus w Układzie Słonecznym, albo nieco mniejsze. Wyznaczenia gęstości sugerują, że co najmniej sześć wewnętrznych planet jest prawdopodobnie skalistych.

Orbity planet są niewiele większe niż w systemie galileuszowych księżyców Jowisza i znacznie mniejsze niż orbita Merkurego wokół Słońca. Jednak mały rozmiar i niska temperatura TRAPPIST-1 oznacza, że ilość energii dostarczanej planetom jest podobna do otrzymywanej przez wewnętrzne planety Układu Słonecznego. TRAPPIST-1 c, d oraz f otrzymują podobne ilości energii co odpowiednio Wenus, Ziemia i Mars.

Wszystkie siedem planet odkrytych w tym systemie może potencjalnie posiadać ciekłą wodę na swoich powierzchniach, ale odległości orbitalne czynią niektóre z nich lepszymi kandydatkami niż pozostałe. Modele klimatyczne sugerują, że najbardziej wewnętrzne planety, TRAPPIST-1 b, c oraz d, prawdopodobnie są zbyt gorące, aby mieć wodę w stanie ciekłym, z wyjątkiem być może małych fragmentów swoich powierzchni. Odległość orbitalna najbardziej zewnętrznej planety, TRAPPIST-1 h, jest niepotwierdzona, ale przypuszczalnie znajduje się zbyt daleko i jest zbyt zimna na wodę w stanie ciekłym — zakładając, że nie zachodzą alternatywne procesy ją ogrzewające [5]. Jednak TRAPPIST-1 e, f oraz g stanowią Świętego Graala łowców planet, ponieważ krążą w ekosferze i mogą posiadać wodne oceany na powierzchni [6].

Nowe odkrycie czyni system TRAPPIST-1 bardzo ważnym celem dla przyszłych badań. Kosmiczny Teleskop Hubble’a jest już używany do poszukiwania atmosfer wokół planet, a członek zespołu badawczego, Emmanuël Jehin, ekscytuje się przyszłymi możliwościami: „Nadchodząca generacja teleskopów, takich jak budowany przez ESO Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski oraz budowany przez NASA/ESA/CSA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, spowoduje, że będziemy w stanie szukać wody, a być może nawet oznak życia na tych światach.”

Uwagi

[1] Oprócz Kosmicznego Teleskopu Spitzera (należącego do NASA) badacze użyli także wielu instrumentów naziemnych: TRAPPIST–South w Obserwatorium La Silla (należącym do ESO) w Chile, HAWK-I na Bardzo Dużym Teleskopie (należącym do ESO) w Chile, TRAPPIST–North w Maroku, 3,8-metrowego UKIRT na Hawajach, 2-metrowego teleskopu Liverpool i 4-metrowego Teleskopu Williama Herschela na La Palma na Wyspach Kanaryjskich oraz 1-metrowego teleskopu SAAO w RPA.

[2] TRAPPIST–South (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope–South) jest belgijskim 0,6-metrowym teleskopem robotycznym, należącym do University of Liège i pracującym w Obserwatorium La Silla w Chile. Większość swojego czasu spędza na monitorowaniu światła od około 60 najbliższych ultrachłodnych karłów i brązowych karłów („gwiazd”, które nie mają wystarczająco dużej masy, aby rozpocząć trwałe reakcje fuzji jądrowej w swoich wnętrzach), poszukując dowodów na tranzyty planet. TRAPPIST–South, a także bliźniaczy TRAPPIST–North, są prekursorami systemu SPECULOOS, instalowanego obecnie w Obserwatorium Paranal.

[3] W pierwszej połowie 2016 roku zespół astronomów, również kierowany przez Michaëla Gillona, ogłosił odkrycie trzech planet wokół TRAPPIST-1. Zintensyfikowano potem obserwacje, głównie ze względu na znaczący potrójny tranzyt, który zaobserwowano instrumentem HAWK-I na teleskopie VLT. Tranzyt ten pokazał wyraźnie, że gwiazdę okrąża przynajmniej jeszcze jedna nieznana planeta. Historyczna krzywa blasku pokazuje po raz pierwszy trzy planety o wielkości i temperaturze ziemskiej, z których dwie znajdują się w ekosferze, przechodzące przed swoją gwiazdą w tym samym czasie!

[4] Jest to jedna z podstawowych metod, których astronomowie używają do identyfikowania istnienia planet wokół gwiazd. Obserwują światło pochodzące od gwiazdy, aby sprawdzić czy jest blokowane przez planetę przechodzącą przed swoją gwiazdą macierzystą na linii widzenia z Ziemi — jak mówią astronomowie: dokonującą tranzytu. Jeśli planeta okrąża swoją gwiazdę, spodziewamy się regularnych, niewielkich spadków jasności gwiazdy w momentach gdy przechodzi przed nią planeta.

[5] Tego typu procesy mogą obejmować rozgrzewanie pływowe, w którym grawitacyjne oddziaływanie TRAPPIST-1 powoduje, że planeta okresowo deformuje się, co prowadzi do wewnętrznych sił tarcia i generowania ciepła. To właśnie ten proces stoi za aktywnym wulkanizmem na jowiszowym księżycu Io. Jeśli TRAPPIST-1 h zachowała pierwotną, bogatą w wodór atmosferę, tempo utraty ciepła może być bardzo małe.

[6] Odkrycie reprezentuje także największy łańcuch egzoplanet krążących prawie w rezonansie ze sobą. Astronomowie starannie zmierzyli jak długo każdej planecie zajmuje pokonanie całej orbity dookoła — czyli okres obiegu — a następnie obliczyli stosunki okresów każdej z planet i jej kolejnej, odleglejszej sąsiadki. Najbardziej wewnętrzne sześć planet ma stosunki okresów bardzo bliskie prostym proporcjom typu 5:3 lub 3:2. Oznacza to, że planety najprawdopodobniej uformowały się dalej od swojej gwiazdy, a następnie przemieściły się do wnętrza układu, do obecnej konfiguracji. Jeśli tak było, mogą być bogatymi w gazy światami o małej gęstości, z lodowymi powierzchniami lub atmosferami.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1”, M. Gillon et al., który ukaże się w czasopiśmie Nature.

Skład zespołu badawczego: M. Gillon (Université de Liège, Liège, Belgia), A. H. M. J. Triaud (Institute of Astronomy, Cambridge, Wielka Brytania), B.-O. Demory (University of Bern, Bern, Szwajcaria; Cavendish Laboratory, Cambridge, Wielka Brytania), E. Jehin (Université de Liège, Liège, Belgia), E. Agol (University of Washington, Seattle, USA; NASA Astrobiology Institute's Virtual Planetary Laboratory, Seattle, USA), K. M. Deck (California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA), S. M. Lederer (NASA Johnson Space Center, Houston, USA), J. de Wit (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA), A. Burdanov (Université de Liège, Liège, Belgia), J. G. Ingalls (California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), E. Bolmont (University of Namur, Namur, Belgium; Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/DRF - CNRS - Univ. Paris Diderot - IRFU/SAp, Centre de Saclay, Francja), J. Leconte (Univ. Bordeaux, Pessac, Francja), S. N. Raymond (Univ. Bordeaux, Pessac, Francja), F. Selsis (Univ. Bordeaux, Pessac, Francja), M. Turbet (Sorbonne Universités, Paris, Francja), K. Barkaoui (Oukaimeden Observatory, Marrakesh, Maroko), A. Burgasser (University of California, San Diego, California, USA), M. R. Burleigh (University of Leicester, Leicester, Wielka Brytania), S. J. Carey (California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA), A. Chaushev (University of Leicester, Wielka Brytania), C. M. Copperwheat (Liverpool John Moores University, Liverpool, Wielka Brytania), L. Delrez (Université de Liège, Liège, Belgia; Cavendish Laboratory, Cambridge, Wielka Brytania), C. S. Fernandes (Université de Liège, Liège, Belgia), D. L. Holdsworth (University of Central Lancashire, Preston, Wielka Brytania), E. J. Kotze (South African Astronomical Observatory, Kapsztad, RPA), V. Van Grootel (Université de Liège, Liège, Belgia), Y. Almleaky (King Abdulaziz University, Jeddah, Arabia Saudyjska; King Abdullah Centre for Crescent Observations and Astronomy, Makkah Clock, Arabia Saudyjska), Z. Benkhaldoun (Oukaimeden Observatory, Marrakesz, Maroko), P. Magain (Université de Liège, Liège, Belgia) oraz D. Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, Wielka Brytania; Astronomy Department, Geneva University, Szwajcaria).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa w "Nature"
• Krótka historia o TRAPPIST-1 autorstwa Laurence Suhner
• Witryna teleskopu TRAPPIST na Université de Liège
• OrCA Lab na Université de Liège
• SPECULOOS Project na Université de Liège
• Komunikat prasowy NASA Spitzer
• Zdjęcia VLT

Kontakt

Michaël Gillon
University of Liege
Liege, Belgium
Tel.: +32 43 669 743
Tel. kom.: +32 473 346 402
E-mail: michael.gillon@ulg.ac.be

Amaury Triaud
Kavli Exoplanet Fellow, University of Cambridge
Cambridge, United Kingdom
Tel.: +44 1223 766 690
E-mail: aht34@cam.ac.uk

Emmanuël Jehin
University of Liège
Liège, Belgium
Tel.: +32 495237298
E-mail: ejehin@ulg.ac.be

Brice-Olivier Demory
University of Bern
Bern, Switzerland
Tel.: +41 31 631 51 57
Tel. kom.: +44 78 66 476 486
E-mail: brice.demory@csh.unibe.ch

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso1706