Вчені з’ясували, що в однієї з невеликих зірок, близьких до Сонця, є сім планет, схожих на Землю. Небесні тіла досить віддалені від червоного карлика, щоб температура на їх поверхні не перевищувала ста градусів Цельсія і на них могла існувати рідка вода. Ділимось подробицями щодо відкриття міжнародної групи астрономів.
Екзопланетами називають планети, які обертаються навколо інших зірок. Одне із завдань сучасної астрономії – пошук світів, що нагадують Землю. За оцінками, у галактиці Чумацький Шлях знаходиться 5-20 мільярдів двійників нашої планети. Щоб їх знайти, вчені користуються спеціальними методами. Один з них – транзитний, заснований на спостереженні за проходженням небесного тіла на тлі зірки.
У 2016 році Міхаель Жійонне (Michaël Gillon) з Льєжського університету в Бельгії і його колеги повідомили, що їм вдалося виявити три екзопланети, які проходили на тлі одиночного червоного карлика TRAPPIST-1 (відстань до нього – 39 світлових років). Свою назву ця зірка отримала через те, що її відкрили за допомогою 0,6-метрового телескопа TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) в обсерваторії ESO Ла-Сілья в Чилі. Цей червоний карлик лише на 11 відсотків більший від Юпітера.
Одна з трьох екзопланет – TRAPPIST-1d – була зареєстрована на основі двох транзитних сигналів, тобто астрономи спостерігали два проходження цієї планети по диску червоного карлика. Друге проходження було зафіксовано за допомогою «Дуже великого телескопа» (VLT) у Чилі. Коли вчені проаналізували отримані дані, виявилося, що затемнення було потрійне.
Це змусило провести більш ретельні фотометричні спостереження зірки. Астрономи простежили за шістьма можливими транзитами TRAPPIST-1d з лютого по вересень 2016 року, використовуючи космічну обсерваторію «Спітцер» і кілька наземних телескопів, включаючи TRAPPIST. Нові відомості дозволили відкинути 11 запропонованих раніше можливих періодів звернення екзопланети навколо зірки. Більш того, з’ясувалося, що спостерігаються два транзити ставилися до різних об’єктів.
Обсерваторія «Спітцер», яка спостерігала зірку протягом 20 днів восени 2016 року, отримала криві блиску, що вказують на 34 транзити. Нові дані, суміщені з наявними, дозволили виділити чотири транзитні сигнали з періодом 4,04 дня, 6,06 дня, 8,1 дня і 12,3 дня. Вони відповідали як вже виявленої екзопланеті – TRAPPIST-1d, так і новим – TRAPPIST-1e, TRAPPIST-1f і TRAPPIST-1g. Крім того, був зафіксований ще один транзитний сигнал, що належить найвіддаленішій від зірки планеті TRAPPIST-1h, чий період поки невідомий.
Статистичний аналіз кривих блиску надав деяку інформацію по семи виявлених світах і траєкторіях їх орбіт. Вчені за допомогою динамічної симуляції визначили, які форми повинні бути в орбіт, щоб склалася спостережна картина. Встановлено, що шість внутрішніх екзопланет рухаються по приблизно кругових траєкторіях. Про орбіті сьомої планети даних немає.
Астрофізики змогли зрозуміти, як взаємодіють планети одна з одною, обчислити приблизні маси шести внутрішніх планет і виявити їх приблизний хімічний склад. Так, п’ять планет (b, c, e, f і g) за розміром можна порівняти з Землею, а діаметр двох інших (d і h) менший від земного, але більший від марсіанського. Шість внутрішніх планет є залізокам’яними, при цьому порівняно мала щільність TRAPPIST-1f вказує на те, що її огортає потужна газова оболонка або товстий шар приповерхневого льоду.
Автори відкриття підкреслюють, що для уточнення хімічного складу необхідні подальші спостереження із застосуванням таких космічних телескопів, як «Хаббл» і «Джеймс Уебб» (другий повинні запустити у 2018 році).
Вчені з’ясували, що b, c, e, f, g і d формують найдовшу з відомих резонансних ланцюжків орбіт екзопланет. Орбітальний резонанс відбувається, коли два об’єкта, які обертаються навколо однієї зірки здійснюють один на одного гравітаційний вплив. В результаті їх періоди обертання співвідносяться один з одним як невеликі натуральні числа, і планети час від часу зближуються, перебуваючи в одних і тих самих точках орбіт. Наприклад, у Сонячній системі два обороти Сатурна відповідають за часом п’яти оборотам Юпітера.
Відносини періодів звернення пар планет c / b, d / c, e / d, f / e і g / f складають 8/5, 5/3, 3/2, 3/2 і 4/3, відповідно. До цього довгі резонансні ланцюжки були виявлені в компактних системах, в яких навколо зірок, схожих на Сонце, обертаються суперземлі і Нептун.
Встановлено, що на поверхню внутрішніх планет надходить стільки ж сонячної радіації, скільки на Венеру, Землю або Марс. Однак усі сім планет, цілком ймовірно, знаходяться в приливному захопленні з батьківською зіркою. Отже, небесні тіла повернені до червоного карлика завжди однією стороною, що погіршує умови на їх поверхні. З урахуванням випромінювання, що надходить від TRAPPIST-1, тільки екзопланети e, f і g можуть бути покриті водним океаном і їх атмосфера схожа на земну. На планетах b, c і d, розташованих ближче до червоного карлика, швидше за все, панує спека через потужний парниковий ефект, що робить їх схожими на Венеру.
Що стосується найвіддаленішої планети, то температура на її поверхні, ймовірно, нижча точки плавлення льоду. Однак на ній все ж може існувати рідка вода завдяки нагріванню через приливні процеси або наявності збагаченої воднем атмосфери, яка перешкоджає втраті тепла.
Вчені підкреслюють: в даний час орбітальні характеристики екзопланет системи TRAPPIST-1 занадто невизначені, щоб зі стовідсотковою впевненістю говорити про умови на їх поверхні. Проте ці світи надають астрономам унікальну можливість досліджувати систему, що нагадує Сонячну, але з більш холодною зіркою.
