У лютому 2017 року вчені NASA оголосили про існування семи наземних (тобто скелястих) планет у зірковій системі TRAPPIST-1. З цього часу система є головним центром інтенсивних досліджень, щоб визначити, чи може будь-яка з цих планет бути придатною для проживання. У той же час астрономи цікавились, чи насправді враховуються всі планети системи.
Наприклад, чи могла ця система мати газових гігантів, що ховаються у її зовнішніх районах, як це роблять багато інших систем зі скелястими планетами (наприклад, наші)? Це було питання, з яким намагалися вирішити команду вчених під керівництвом дослідників Інституту науки Карнегі в своєму недавньому дослідженні. За їхніми висновками, TRAPPIST-1 може перебувати в орбіті газових гігантів на набагато більшій відстані, ніж його сім скелястих планет.
Нещодавно з'явилося дослідження під назвою "Астрометричні обмеження на маси гігантських планет довгого періоду в планетарній системі TRAPPIST-1". Астрономічний журнал. Як вони зазначають у своєму дослідженні, команда спиралася на подальші спостереження, зроблені TRAPPIST-1 протягом п'яти років (з 2011 по 2016 роки), використовуючи телескоп du Pont в обсерваторії Лас Кампанас в Чилі.
Користуючись цими спостереженнями, вони намагалися встановити, чи TRAPPIST-1 міг би раніше не виявлених газових гігантів, що орбітували в межах зовнішніх ділянок системи. Як доктор Алан Босс - астрофізик і планетарний вчений з відділу наземного магнетизму Інституту Карнегі та головний автор статті, - пояснив у прес-заяві Карнегі:
«Ряд інших зіркових систем, що включають планети розміру Землі та супер-Землі, також є принаймні одним газовим гігантом. Отже, питання про те, чи є у цих семи планет братів-сестер з газовими гігантами з орбітами довшого періоду, - важливе питання ".
Протягом багатьох років Boss проводив опитування на екзопланети з співавторами дослідження - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson та ін. - відомий як астрометричний пошук планети Карнегі. Це опитування спирається на камеру пошуку астрометричної планети Карнегі (CAPSCam), інструмент телескопа дю Понт, який здійснює пошук позасонячних планет за допомогою астрометричного методу.
Цей непрямий метод полювання на екзопланети визначає наявність планет навколо зірки, вимірюючи коливання цієї зірки-господаря навколо центру маси системи (також її барицентр). Використовуючи CAPSCam, Boss та його колеги покладалися на кількарічні спостереження TRAPPIST-1, щоб визначити верхні межі маси для будь-яких потенційних газових гігантів, що орбітують в системі.
З цього вони дійшли висновку, що планети, які мали до 4,6 мас Юпітера, можуть обертатися навколо зірки з періодом року. Крім того, вони виявили, що планети до 1,6 мас Юпітера можуть обертатися навколо зірки з 5-річним періодом. Іншими словами, можливо, що TRAPPIST-1 має кілька газових гігантів на довгих періодах, що обертаються навколо його зовнішніх течій, приблизно так само, як газові гіганти довгострокового періоду існують поза орбітою Марса в Сонячній системі.
Якщо це правда, існування цих планет-гігантів може вирішити триваючу дискусію щодо формування газових гігантів Сонячної системи. Відповідно до найбільш широко прийнятої теорії про формування Сонячної системи (тобто туманної гіпотези), Сонце і планети народилися з туманності газу і пилу. Після того, як ця хмара зазнала гравітаційного колапсу в центрі, утворивши Сонце, решта пилу та газу вирівнялася в диск, що оточує його.
Земля та інші планети Землі (Меркурій, Венера та Марс) утворилися ближче до Сонця завдяки накопиченню силікатних мінералів та металів. Щодо газових гігантів, то існують деякі конкуруючі теорії щодо їх формування. За одним із сценаріїв, відомих як теорія основного прискорення, газові гіганти також почали накопичуватися з твердих матеріалів (утворюючи тверде ядро), які стали досить великими, щоб залучити оточуючий газ.
Конкуруюче пояснення - відоме як теорія нестабільності диска - стверджує, що вони утворилися, коли диск газу і пилу взяв на себе спіралеподібну форму (подібну до галактики). Потім ці руки почали збільшуватися в масі та щільності, утворюючи скупчення, які швидко зросталися, утворюючи дитячих газових гігантів. Використовуючи обчислювальні моделі, Босс та його колеги розглядали обидві теорії, щоб побачити, чи можуть газові гіганти утворюватися навколо зірки з низькою масою, як TRAPPIST-1.
У той час як теорія нестабільності диска була малоймовірною, теорія нестабільності диска вказувала, що газові гіганти можуть утворюватися навколо TRAPPIST-1 та інших червоних карликових зірок низької маси. Як таке, це дослідження дає теоретичну основу існування газових гігантів у системах червоних карликових зірок, які, як відомо, мають скелясті планети. Це, безумовно, обнадійлива новина для мисливців на екзопланети, зважаючи на те, що на скелястих планет виявлено орбіту червоних карликів пізнього часу.
Крім TRAPPIST-1, до них належать найближчі до Сонячної системи екзопланети (Proxima b), а також LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b та Gliese 682c. Але, як зазначав Бос, це дослідження ще знаходиться в зародковому стані, і перед тим, як щось можна остаточно сказати, потрібно провести ще багато досліджень та дискусій. На щастя, такі дослідження, як це, допомагають відкрити двері для таких досліджень та дискусій.
"Планети-гіганти газу, виявлені на довгих орбітах навколо TRAPPIST-1, можуть поставити під сумнів основну теорію нарощування, але не обов'язково теорію нестабільності диска", - сказав Босс. "Є багато місця для подальшого дослідження між орбітами довшого періоду, які ми тут вивчали, і дуже короткими орбітами семи відомих планет TRAPPIST-1".
Бос та його команда також стверджують, що продовження спостережень із CAPSCam та подальше вдосконалення в його трубопроводі для аналізу даних дозволить або виявити будь-які планети довгострокового періоду, або поставити ще більш жорстке обмеження на їх верхню межу маси. І звичайно, розгортання інфрачервоних телескопів наступного покоління, таких як космічний телескоп Джеймса Вебба, допоможе в полюванні на газових гігантів навколо червоних карликових зірок.
