První náznaky složení exoplanet o velikosti Země

Planety v systému TRAPPIST-1 pravděpodobně nesou značné množství vody

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 (viz tento článek), 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.

Nedávno byla získána další pozorování tohoto systému, a to pomocí nového pozemního zařízení SPECULOOS  (ESO/Paranal) a také kosmickými teleskopy 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.

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.“

TIP:   Exoplaneta Beta Pictoris b v průběhu času

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, 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).

Vnitřní planety TRAPPIST-1b a TRAPPIST-1c 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 planety systému. Pokud však jde o velikost, hustotu a množství záření dopadajícího na povrch, je Zemi nejpodobnější.

TRAPPIST-1fTRAPPIST-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: Vědecká tisková zpráva ESO, foto: ESO/M. Kornmesser, ESO/S. Grimm et al., NASA/JPL, video: ESA. Doporučené odkazy: Vědecký článekOdkaz: 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