Миры системы Trappist-1 каменисты и богаты водой

Семь планет, вращающиеся вокруг ультрахолодного карлика Trappist-1, в основном каменистые, а на некоторых из них воды может быть больше, чем на Земле. 

Новое исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, сосредоточенное на изучении плотности миров системы Trappist-1, показало самые точные на сегодня результаты. Так, было обнаружено, что некоторые из планет на 5% покрыты водой — это в 250 раз больше, чем воды на Земле.

«Все планеты Trappist-1 очень похожи на Землю: у них есть твердое ядро, окруженное атмосферой, — говорит Саймон Гримм, экзопланетолог из Бернского университета, в письме Space.com. — Trappist-1 — планета, больше всего похожая на Землю в плане массы, радиуса и энергии, получаемой от звезды».  

Гримм и его коллеги заинтересовались системой после ее открытия в 2016 году и решили изучить ее при помощи метода вариации времени транзитов (TTV). Наблюдая небольшие вариации в периодах, за которые планета проходила перед звездой с нашей точки зрения, этот способ позволяет исследователям проводить, пожалуй, самые точные изучения планетарных масс и плотностей.

«Сейчас TTV — единственный метод определения масс, а значит, и плотности планет вроде системы Trappist-1», — рассказывает Гримм.

Ученые использовали данные космического телескопа Spitzer и нескольких аппаратов Европейской южной обсерватории в Чили, чтобы провести детальные наблюдения, которые помогли бы изучить вариации планетных орбит.

 
Если планета обращалась вокруг своей звезды одна, то она бы подвергалась только гравитационному воздействию звезды. Но если в системе есть два или больше миров, планеты взаимодействуют гравитационно, воздействуя друг на друга с силой, соответствующей их массам. Эти изменения зависят от планетных масс, расстояния и других орбитальных параметров.

В то же время «переполненные системы» наподобие Trappist-1 усложняют процесс определения эффектов отдельных планет, так как каждая из них воздействует на своих соседей. Планеты непосредственно этой системы измерить проще, так как они вращаются синхронно. Вместе семь экзопланет формируют резонансную цепь, соединяющую их всех и предполагающую медленную спокойную эволюцию.

«Система Trappist-1 — особенная, ведь все ее планеты находятся в условиях резонанса», — объясняет Гримм.

Ученый использовал симуляцию, которую ранее применял для расчета планетарных орбит, и адаптировал ее к анализу TTV. Задействовав более 200 транзитов, его команда смоделировала массы и плотности планет, симулировала их орбиты до того момента, пока смоделированные транзиты не совпали с наблюдениями.

Исследователи обнаружили, что плотности планет варьируются от 0,6 до 1,0 плотности Земли. Семь из них богаты водой, а на некоторых она занимает целых 5% от общей массы. Для сравнения: вода составляет всего 0,02% от массы Земли.

Trappist-1b и c — самые близкие к звезде — скорее всего, имеют каменистые ядра и окружены плотными атмосферами.
 
Trappist-1d — самая легкая из семи планет, ее масса составляет около 30% массы Земли. Ее малая масса может быть обусловлена расширенной атмосферой, океаном или слоем льда.

Trappist-1f, g и h находятся достаточно далеко от своей звезды, чтобы вода на всей их поверхности была полностью замерзшей. Тонкие атмосферы вряд ли смогут содержать более тяжелые молекулы, подобные земным.

Кроме того, есть Trappist-1e, больше всего похожая на Землю из всей группы. Она несколько плотнее нашей планеты и, скорее всего, обладает более плотным железным ядром. У нее также может отсутствовать плотная атмосфера, океан или ледяной слой.

Исследователи предупредили, что эти результаты ничего не говорят об обитаемости планет. Однако работа может помочь ученым лучше понять условия, работающие в переполненных системах, и определить, может ли на мирах системы Trappist-1  существовать жизнь.