Солнечная система TRAPPIST-1 вызвала большой интерес, когда за ней наблюдали несколько лет назад. В 2016 году астрономы с помощью малого телескопа транзитных планет и планетезималей (TRAPPIST) обсерватории Ла Силья в Чили обнаружили две скалистые планеты, вращающиеся вокруг красного карлика, получившего название TRAPPIST-1. Затем, в 2017 году, более глубокий анализ выявил еще пять каменистых планет. Это было замечательное открытие, особенно потому, что до четырех из них могли находиться на достаточном расстоянии от звезды, чтобы иметь жидкую воду. Система TRAPPIST-1 по-прежнему привлекает большое внимание ученых. Потенциальные планеты земного типа, находящиеся в обитаемой зоне звезды, притягивают планетологов как магнитом. Обнаружение семи из них в одной системе - это уникальная научная возможность изучить всевозможные взаимосвязанные вопросы о пригодности экзопланет для жизни. TRAPPIST-1 - это красный карлик, и один из наиболее важных вопросов о пригодности экзопланет для жизни касается красных карликов (M-карликов). Действительно ли эти звезды и их мощные вспышки вытесняют атмосферу с их планет?
Новое исследование, принятое к публикации в журнале Planetary Science Journal и доступное на сервере препринтов arXiv, посвящено атмосферному выбросу на планетах TRAPPIST-1. Оно называется "Последствия термогидродинамического атмосферного выброса на планетах TRAPPIST-1". Меган Джаллука, аспирантка факультета астрономии и астробиологии Вашингтонского университета, является ведущим автором. Большинство звезд Млечного Пути - это M-образные карлики. Как показывает TRAPPIST-1, в них может находиться множество планет земной группы. Крупные планеты размером с Юпитер сравнительно редко встречаются вокруг звезд такого типа. Вполне вероятно, что большинство планет земной группы вращаются вокруг M-образных карликов. Но вспышки M-карликов - это известная проблема. Хотя M-карлики намного менее массивны, чем наше Солнце, их вспышки намного более энергичны, чем все, что исходит от солнца. Некоторые вспышки M-карликов могут удвоить яркость звезды всего за несколько минут.
Еще одной проблемой является приливная блокировка. Поскольку M-карлики излучают меньше энергии, их обитаемые зоны расположены намного ближе, чем зоны вокруг звезд главной последовательности, таких как наше Солнце. Это означает, что потенциально обитаемые планеты с гораздо большей вероятностью будут привязаны к своим звездам в результате приливов. Это создает целый ряд препятствий для обитаемости. Одна сторона планеты будет испытывать на себе основной удар от вспышки и будет нагреваться, в то время как на другой стороне будет постоянно темно и холодно. Если там есть атмосфера, то могут дуть чрезвычайно мощные ветры. "Поскольку M-карлики являются наиболее распространенными звездами в нашем местном звездном окружении, вопрос о том, могут ли их планетные системы содержать жизнь, является ключевым вопросом в астробиологии, который может быть проверен наблюдениями в ближайшем будущем", - пишут авторы. "Наземные планетарные объекты, представляющие интерес для определения характеристик атмосферы с помощью M-карликовых объектов-хозяев, могут быть доступны с помощью JWST", - объясняют они.
Они также отмечают, что будущие крупные наземные телескопы, такие как Европейский чрезвычайно большой телескоп и Гигантский телескоп Магеллана, также могли бы помочь, но до их ввода в эксплуатацию еще много лет. Красные карлики и их планеты легче наблюдать, чем за другими звездами и их планетами. Красные карлики маленькие и тусклые, а это означает, что их свет не затмевает планеты так сильно, как это делают другие звезды главной последовательности. Но, несмотря на их меньшую светимость и небольшие размеры, они создают проблемы для обитаемости. M-карлики имеют более продолжительную фазу до появления на главной последовательности, чем другие звезды, и в это время они наиболее ярки. Когда они попадают на главную последовательность, у них повышается звездная активность по сравнению со звездами, подобными нашему Солнцу. Оба эти фактора могут привести к удалению атмосферы с близлежащих планет. Даже без вспышки ближайшая к TRAPPIST-1 планета (далее - T-1) получает в четыре раза больше радиации, чем Земля.
"В дополнение к изменению светимости, повышенная звездная активность также увеличивает звездный состав звезд-карликов класса M, что усиливает потерю атмосферы", - пишут авторы. Это также может затруднить понимание спектров атмосфер планет, создавая ложноположительные биосигналы. Ожидается, что экзопланеты, вращающиеся вокруг M-карликов, будут иметь плотную атмосферу, в которой преобладает абиотический кислород. Несмотря на трудности, система T-1 предоставляет прекрасную возможность для изучения M карликов, выхода из атмосферы и обитаемости скалистых планет. "TRAPPIST-1 является высокоприоритетной целью для общих наблюдений JWST и наблюдений с гарантированным временем", - пишут авторы. JWST наблюдал за частями системы T-1, и эти данные являются частью нашей работы. В этой работе исследователи смоделировали ранние атмосферы для каждой из планет TRAPPIST-1 (далее -T-1), включая различное начальное количество воды, выраженное в земных океанах (TO). Они также смоделировали различное количество звездного излучения с течением времени. В их моделировании использовались самые последние данные по планетам T-1 и различные траектории планетарной эволюции.
Результаты неутешительны, особенно для планет, ближайших к красному карлику. "Мы обнаружили, что внутренние планеты T1-b, c и d, вероятно, иссушены из-за всего, кроме самого большого начального содержания воды (>60, 50 и 30% соответственно), и подвергаются наибольшему риску полной потери атмосферы из-за их близости к звезде-хозяину", - объясняют исследователи. Однако, в зависимости от их исходного содержания, они могут содержать значительное количество кислорода. Наличие кислорода может быть ложноположительным признаком для биосигналов. На внешних планетах дела обстоят немного лучше. Они могли бы сохранить часть своей воды, если бы ее первоначальное содержание не было низким примерно на 1 К. "Мы обнаружили, что T1-e, f, g и h теряют, самое большее, примерно на 8,0, 4,8, 3,4 и 0,8% соответственно", - пишут они. На этих внешних планетах, вероятно, также больше кислорода, чем на внутренних планетах. Поскольку T1-e, f и g находятся в обитаемой зоне звезды, это интригующий результат.
T-1c представляет особый интерес, поскольку, согласно их моделированию, он сохраняет наибольшее количество атмосферного кислорода независимо от того, было ли начальное значение TO высоким или низким. Потенциальная обитаемость планет Т-1 является важным вопросом в науке об экзопланетах. Тип звезды, количество скалистых планет и простота наблюдения - все это ставит ее на первое место в списке объектов для наблюдений. Мы никогда по-настоящему не поймем, обитаемы ли экзопланеты, если не сможем разобраться в этой системе. Единственный способ лучше понять ее - это более тщательно наблюдать за ней. "Эти выводы мотивируют последующие наблюдения для поиска присутствия водяного пара или кислорода на T1-c и будущих наблюдений внешних планет в системе TRAPPIST-1, которые могут содержать значительное количество воды", - пишут авторы в своем заключении.
