Planety v systému TRAPPIST-1 pravděpodobně nesou značné množství vody

ESO 005/18 tisková zpráva

První náznaky složení exoplanet o velikosti Země

Nová studie sedmi planet obíhajících kolem mimořádně chladného červeného trpaslíka TRAPPIST-1 ukázala, že tělesa jsou většinou tvořena horninami a mohou nést dokonce větší množství vody než planeta Země. Hustoty jednotlivých těles v systému, které jsou nyní známy mnohem přesněji než doposud, naznačují, že některé planety mohou obsahovat až 5 % hmotnosti v podobě vody – tedy 250krát více než v oceánech na Zemi. Teplejší planety ležící nejblíže své mateřské hvězdy mají pravděpodobně husté atmosféry obsahující značné množství vodní páry, vzdálenější pak mohou být pokryty silným ledovým příkrovem. Čtvrtá planeta systému je, pokud jde o velikost, hustotu a množství záření dopadajícího na povrch, nejpodobnější Zemi. Ze všech sedmi těles obsahuje největší množství hornin a má potenciál udržet na povrchu vodu v kapalném stavu.

Planety obíhající kolem slabého červeného trpaslíka TRAPPIST-1, který se nachází jen 40 světelných let od Slunce, se poprvé podařilo detekovat v roce 2016 pomocí přístroje TRAPPIST-South pracujícího na observatoři ESO/La Silla a v Chile. Pozorování získaná v následujícím roce pomocí dalších pozemních i kosmických přístrojů (včetně dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) nebo NASA/Spitzer Space Telescope) odhalila, že systém tvoří minimálně sedm planet (eso1706), které jsou všechny svou velikostí podobné Zemi. Planety nesou označení TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g a h, v pořadí se zvyšující se vzdáleností od centrální hvězdy systému [1].

Nedávno byla získána další pozorování tohoto systému, jednak pomocí nového pozemního zařízení SPECULOOS (ESO/Paranal) a také kosmických teleskopů Spitzer (NASA/Spitzer Space Telescope) a Kepler (NASA/Kepler Space Telescope). Tým vědců pod vedením Simona Grimma (University of Bern, Švýcarsko) aplikoval na všechna dostupná data komplexní metody počítačového modelování a podařilo se mu určit hustoty jednotlivých těles s mnohem vyšší přesností, než bylo možné dosud [2].

Simon Grimm vysvětluje postup určení hmotnosti: „Planety v systému TRAPPIST-1 jsou tak blízko sebe, že se navzájem gravitačně ovlivňují, proto dochází k časovým posunům v okamžicích přechodů jednotlivých těles přes disk mateřské hvězdy. Tyto odchylky závisí jednak na hmotnosti těles, ale také na vzdálenosti a dalších parametrech dráhy. S pomocí počítačového modelu simulujeme dráhy planet, dokud vypočtené okamžiky přechodů nesouhlasí s napozorovanými daty. Takto je možné zjistit hmotnosti těles.“

Člen týmu Eric Agol komentuje význam výsledků: „Jedním z hlavních úkolů studia exoplanet je již nějakou dobu zkoumání složení planet, které jsou podobné Zemi co do velikosti a povrchové teploty. Objev systému TRAPPIST-1 a technické možnosti zařízení ESO v Chile i kosmických teleskopů jako je Spitzer umožnily tento problém řešit – poprvé jsme získali reálnou představu o složení exoplanet o velikosti Země.“

Měření hustoty, v kombinaci s modely složení těles, naznačují, že planety systému TRAPPIST-1 nejsou jen pusté kamenné světy. Zdá se, že tělesa obsahují značné množství těkavých materiálů, pravděpodobně vody [3], která by v některých případech mohla tvořit až 5 % jejich celkové hmotnosti – což je značné množství. Pro srovnání, v případě Země tvoří voda jen asi 0,02 % hmotnosti.

„Hustota, ačkoliv je velmi podstatná pro odvození složení planety, neříká takřka nic o její obyvatelnosti. Naše studie je však důležitým krokem na cestě k poznání, zda některá z těchto planet je schopná skutečně nést život,“ říká spoluautor práce Brice-Olivier Demory (University of Bern, Švýcarsko).

Infografika srovnává planetární systém TRAPPIST-1 s vnitřní části Sluneční soustavy a čtyřmi Galileovskými měsíci planety Jupiter.

Vnitřní planety TRAPPIST-1b a TRAPPIST-1b mají pravděpodobně kamenná jádra a jsou obklopeny atmosférami mnohem hustějšími, než má Země. Třetí planeta TRAPPIST-1d je nejspíš nejlehčím tělesem systému s hmotností pouhých 30 % Země. Vědci si zatím nejsou jisti, zda má rozsáhlou atmosféru nebo je pokryta oceánem, či dokonce ledovým příkrovem.

Vědce překvapilo, že planeta TRAPPIST-1e je jediným tělesem v systému, které má větší hustotu než Země, což naznačuje, že by mohla mít hustější železné jádro a nemusí tedy nutně mít hustou atmosféru, oceán nebo ledový povrch. Zdá se, že v případě TRAPPIST-1e tvoří horniny mnohem větší část tělesa, než je tomu u ostatních planet systému. Pokud však jde o velikost, hustotu a množství záření dopadajícího na povrch, je Zemi nejpodobnější.

TRAPPIST-1f, TRAPPIST-1g a TRAPPIST-1h jsou dost daleko od hvězdy, aby voda zamrzla na celém povrchu. Pokud tato tělesa mají řídké atmosféry, je nepravděpodobné, že by obsahovaly těžké molekuly, jako je třeba oxid uhličitý, které nacházíme na Zemi.

„Je zajímavé, že vnitřní planety systému nejsou nejhustější, a také, že chladnější planety nemohou mít husté atmosféry,“ poznamenává spoluautorka práce Caroline Dorn (University of Zurich, Švýcarsko).

Systém TRAPPIST-1 bude v budoucnosti cílem intenzivního výzkumu pomocí řady nových pozemních i kosmických přístrojů – včetně dalekohledu ESO/ELT (Extremely Large Telescope) nebo kosmického Webova teleskopu (NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope).

Astronomové rovněž pečlivě pátrají po dalších tělesech v okolí slabého červeného trpaslíka TRAPPIST-1. Člen týmu Michaël Gillon k tomu dodává: „Tyto výsledky jasně ukazují, jaký je zájem o pátrání po transitujících extrasolárních planetách u nedalekých mimořádně chladných hvězd – jako je třeba TRAPPIST-1. A to je přesně úkol pro SPECULOOS, nový projekt zaměřený na hledání exoplanet, který začíná pracovat na observatoři ESO/Paranal v Chile.“

Zdroj

Poznámky

[1] Planety byly objeveny s použitím těchto dalekohledů: TRAPPIST-South na observatoři ESO/La Silla (Chile); TRAPPIST-North (Maroko); kosmického Spitzerova teleskopu (NASA Spitzer Space Telescope); přístroje HAWK-I a dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) na observatoři ESO/Paranal (Chile); dalekohledu UKIRT (3.8-metre UKIRT telescope, in Havaj); dalekohledů Liverpool (2-metre Liverpool telescope) a William Herschel (4-metre William Herschel telescope) na ostrově La Palma (Kanárské ostrovy) a dalekohledu SAAO (1-metre SAAO telescope, Jihoafrická republika).

[2] Měření hustot extrasolárních planet není jednoduché. Je potřeba zjistit velikost i hmotnost planety. Planety v systému TRAPPIST-1 byly objeveny pomocí metody transitů – pomocí dalekohledů astronomové pátrají po slabých poklesech jasnosti hvězdy, které způsobuje planeta přecházející přes disk hvězdy a odstiňující část jejího světla. Toto měření poskytuje rozumný odhad velikosti planety. Zjištění hmotnosti je ale obtížnější, protože, pokud nedochází k dalším efektům, mohou se planety o různé hmotnosti pohybovat po stejné dráze a neexistuje přímá metoda, jak hmotnost odvodit. V multiplanetárním systému však možnost existuje – hmotnější planeta působí na dráhy ostatních těles více, než planeta lehká. A tento efekt následně ovlivňuje načasování transitů. Tým pod vedením Simona Grimma použil těchto komplikovaných a slabých efektů k odhadnutí nejpravděpodobnějších hmotností všech sedmi planet, a to na základě rozsáhlého archivu dat o transitech a pomocí velmi sofistikované analýzy i modelování.

[3] V modelech byly rovněž uvažovány alternativní látky, jako třeba oxid uhličitý. Preferují však vodu (ať už v podobě páry, kapaliny nebo ledu) jako nejpravděpodobnější dominantní složku povrchového materiálu planet, jelikož je nejbohatším zdrojem těkavých látek v protoplanetárních discích se složením podobným Sluneční soustavě.

[4] Přehlídkové dalekohledy projektu SPECULOOS na observatoři ESO/Paranal jsou před dokončením.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets” autorů S. Grimm a kol., který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Složení týmu: Simon L. Grimm (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Švýcarsko), Brice-Olivier Demory (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Švýcarsko), Michaël Gillon (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgie), Caroline Dorn (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Švýcarsko; University of Zurich, Institute of Computational Sciences, Zurich, Švýcarsko), Eric Agol (University of Washington, Seattle, Washington, USA; NASA Astrobiology Institute’s Virtual Planetary Laboratory, Seattle, Washington, USA; Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Francie), Artem Burdanov (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgie), Laetitia Delrez (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK; Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgie), Marko Sestovic (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Švýcarsko), Amaury H. M. J. Triaud (Institute of Astronomy, Cambridge, UK; University of Birmingham, Birmingham, UK), Martin Turbet (Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Paris, Francie), Émeline Bolmont (Université Paris Diderot, AIM, Sorbonne Paris Cité, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, Francie), Anthony Caldas (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francie), Julien de Wit (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), Emmanuël Jehin (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgie), Jérémy Leconte (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francie), Sean N. Raymond (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francie), Valérie Van Grootel (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgie), Adam J. Burgasser (Center for Astrophysics and Space Science, University of California San Diego, La Jolla, California, USA), Sean Carey (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Daniel Fabrycky (Department of Astronomy and Astrophysics, Univ. of Chicago, Chicago, Illinois, USA), Kevin Heng (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Švýcarsko), David M. Hernandez (Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), James G. Ingalls (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Susan Lederer (NASA Johnson Space Center, Houston, Texas, USA), Franck Selsis (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, France) a Didier Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled ELT (Extremely Large Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• Vědecký článek
• Odkaz: tisková zpráva HST - atmosféry planet v systému TRAPPIST-1
• Další informace TRAPPIST-South
• Další informace SPECULOOS
• Kosmický teleskop NASA/Spitzer Space Telescope
• Kosmický teleskop NASA/epler Space Telescope

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Simon Grimm; SAINT-EX Research Group, University of Bern, Center for Space and Habitability; Bern, Switzerland; Tel.: +41 31 631 3995; Email: simon.grimm@csh.unibe.ch

Brice-Olivier Demory; SAINT-EX Research Group, University of Bern, Center for Space and Habitability; Bern, Switzerland; Tel.: +41 31 631 5157; Email: brice.demory@csh.unibe.ch

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org