В 2017 году международная команда астрономов объявила о важном открытии. На основании многолетних наблюдений они обнаружили, что система TRAPPIST-1 (красный карлик М-типа, расположенный в 40 световых годах от Земли) содержит не менее семи каменистых планет. Не менее захватывающим был тот факт, что три из этих планет были обнаружены в обитаемой зоне звезды (HZ), а у самой системы было 8 миллиардов лет, чтобы зародить химические элементы для жизни. В то же время тот факт, что планеты вращаются по кругу вокруг красной карликовой звезды, вызывает сомнения в том, что эти три планеты могут поддерживать атмосферу или жидкую воду на протяжении долгого времени. Согласно новому исследованию международной группы астрономов, все сводится к составу мусорного диска, из которого образовались планеты, и к тому, были ли вокруг кометы, чтобы распределить воду.
Группу, ответственную за это исследование, возглавлял Себастьян Марино из Института астрономии им. Макса Планка (MPIA). В состав группы входили также члены Кембриджского университета, Университета Уорика, Бирмингемского университета, Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и MPIA. Исследование, которое описывает их результаты, недавно появилось в ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. С точки зрения того, как возникла солнечная система, астрономы придерживаются общего мнения, что она сформировалась более 4,6 миллиардов лет назад из туманности, состоящей из газа, пыли и летучих веществ (Небулярная гипотеза). Эта теория гласит, что эти элементы сначала объединяются в центре, подвергаясь гравитационному коллапсу для создания Солнца. Со временем остальная часть материала образовала диск вокруг Солнца, который в конечном итоге нарастал с образованием планет.
В пределах внешних границ солнечной системы объекты, оставшиеся от формации, обосновались в большом поясе, содержащем огромное количество объектов - иначе известным как пояс Койпера. В соответствии с теорией поздней бомбардировки вода распределялась по Земле и по всей солнечной системе бесчисленными кометами и ледяными объектами, которые выбивались из этого пояса и бросались внутрь системы. Если система TRAPPIST-1 имеет собственный пояс Койпера, то вполне понятно, что там тоже был задействован аналогичный процесс. В этом случае гравитационные возмущения привели бы к выбиванию объектов из пояса, который затем направлялись к семи планетам, чтобы падать на их поверхности. В сочетании с подходящими атмосферными условиями, три планеты в обитаемой зоне звезды могли иметь достаточное количество воды на своих поверхностях.
Как объяснил доктор Марино: «Наличие пояса указывает на то, что в системе имеется большой резервуар летучих веществ и воды. Этот резервуар, как правило, расположен дальше в холодных областях системы, однако существуют и другие процессы, которые могут принести часть этого богатого водой материала к планетам обитаемой зоны и доставить его содержимое. Пояс комет является признаком того, что вода существовала». Тем не менее, доктор Марино также добавил, что отсутствие такого пояса вокруг звезд сегодня не является доказательством того, что в системе не будет достаточного запаса воды для поддержания жизни. Вполне возможно, что системы с таким поясом потеряли его после миллиардов лет эволюции из-за динамических событий. Также возможно, что он мог стать слишком слабым, чтобы его можно было обнаружить, поскольку пояса естественным образом со временем становятся менее массивными и яркими.
Чтобы найти признак пояса экзо-Койпера вокруг системы TRAPPIST-1, команда использовала данные, собранные с помощью большого миллиметрового / субмиллиметрового массива Atacama (ALMA). Он известен своей способностью обнаруживать объекты, которые излучают электромагнитное излучение между инфракрасным и радиоволнами с высокой степенью чувствительности. Это позволяет ALMA визуализировать частицы пыли и летучие элементы (например, окись углерода), которые характеризуют полосы мусора. Они, как правило, слишком слабые, чтобы их можно было увидеть в видимом свете, но излучают тепловое излучение которое они поглощают от звезды. Несмотря на чувствительность ALMA, команда не нашла доказательств существования экзо-койперского пояса вокруг TRAPPIST-1.
«К сожалению, мы не обнаружили его в TRAPPIST-1, но наши верхние пределы позволили нам исключить, что система первоначально имела массивный пояс больших комет на расстоянии, подобном поясу Койпера», - сказал доктор Марино. «Возможно, однако, что система действительно сформировалась с таким поясом, но он был полностью разрушен динамической нестабильностью в системе». Они также пришли к выводу, что система TRAPPIST-1 могла родиться с планетарным диском, радиус которого был меньше 40 а.е., а материал имел массу менее 20 масс Земли. Более того, они предполагают, что большинство частиц пыли в диске, вероятно, транспортировались внутрь системы и использовались для формирования семи планет, составляющих планетную систему.
Доктор Марино и его коллеги также использовали свой код моделирования для изучения архивных данных ALMA о Проксиме Центавра и ее системе экзопланет, которые включают скалистую и потенциально обитаемую Проксиму b и недавно обнаруженную суперземную Проксиму c. В 2017 году данные ALMA использовались для подтверждения существования там холодного пояса пыли и мусора, что было расценено как возможный признак того, что у звезды было больше экзопланет. Их результаты также показали только верхние пределы для эмиссии газа и пыли, что означало бы, что молодой диск Проксимы Центавра примерно на одну десятую меньше, чем тот, который сформировал нашу солнечную систему. Как объяснил доктор Марино, это исследование поднимает несколько вопросов о звездных системах малой массы:
«Если бы мы продолжали обнаруживать, что система этого типа не имеет массивных кометных поясов, это могло бы означать, что весь материал, который использовался бы для формирования этих комет, использовался вместо этого для формирования и роста планет. Непонятно, что это означает для этих планет, поскольку все зависит от того, где и как эти планеты сформировались. Этот тип пояса находится около ~ 20% соседних звезд, которые похожи на наше солнце или более яркие. Вокруг звезд с низкой массой, это было намного сложнее, и мы знаем только несколько поясов вокруг звезд типа М». Это может быть связано с определенными искажениями, которые облегчают обнаружение более теплых поясов вокруг ярких звезд, чем холодных поясов вокруг звезд М-типа, добавляет доктор Марино. Это также может быть результатом некоторой внутренней разницы между архитектурой планетных систем вокруг звезд типа G или ярче и тех, которые вращаются вокруг красных карликов.
Короче говоря, как рано вода транспортировалась через звездные системы M-типа, остается загадкой. В то же время результаты призвали доктора Марино и его коллег применить свои методы к более молодым и более близким звездным системам, чтобы усовершенствовать свои модели и повысить вероятность обнаружения. Эти усилия также выиграют от новых космических и наземных телескопов, которые появятся в ближайшие годы. «Ожидается, что некоторые телескопы следующего поколения будут более чувствительными, и, таким образом, обнаружат эти пояса, если они действительно есть, но недостаточно яркие, чтобы обнаружить их с помощью современных телескопов», - сказал доктор Марино. Как и в случае других открытий, эти результаты показывают, как исследования экзопланет перешли от процесса открытия к процессу характеристики. С улучшением инструментов и методологии мы начинаем видеть, насколько разнообразными и дифференцированными могут быть другие типы звездных систем.
