2017. gada februārī NASA zinātnieki paziņoja par septiņu sauszemes (t.i., akmeņaino) planētu eksistenci TRAPPIST-1 zvaigžņu sistēmā. Kopš tā laika sistēma ir bijusi intensīvas izpētes centrā, lai noteiktu, vai kāda no šīm planētām varētu būt apdzīvojama. Tajā pašā laikā astronomi ir domājuši, vai visas sistēmas planētas faktiski tiek ņemtas vērā.
Piemēram, vai šai sistēmai varētu būt gāzes giganti, kas slēpjas tās ārējos apgabalos, kā to dara daudzas citas sistēmas ar akmeņainām planētām (piemēram, mūsu)? Tas bija jautājums, kuru nesenajā pētījumā centās risināt zinātnieku grupa Kārnegi zinātnes institūta pētnieku vadībā. Pēc viņu atklājumiem, TRAPPIST-1 var apbraukt gāzes giganti daudz lielākā attālumā nekā tā septiņas akmeņainās planētas.
Pētījums ar nosaukumu “Astrometriski ierobežojumi ilgstošu gāzu milzu planētu masām TRAPPIST-1 planētu sistēmā” nesen parādījās Astronomijas žurnāls. Kā viņi norāda savā pētījumā, komanda paļāvās uz TRAPPIST-1 novērojumiem, kas veikti piecu gadu laikā (no 2011. līdz 2016. gadam), izmantojot du Pont teleskopu Las Campanas observatorijā Čīlē.
Izmantojot šos novērojumus, viņi centās noteikt, vai TRAPPIST-1 varētu būt iepriekš nekonstatēti gāzes giganti, kas riņķo apkārt sistēmas ārienei. Kā doktors Alans Boss - astrofiziķis un planētu zinātnieks no Kārnegi institūta Zemes magnētisma departamenta un galvenais autors uz papīra - paskaidroja Kārnegi preses paziņojumā:
Vismaz viens gāzes gigants ir mājvieta arī vairākām citām zvaigžņu sistēmām, kurās ietilpst Zemes lieluma planētas un super Zemes. Tāpēc svarīgs jautājums ir jautājums par to, vai šīm septiņām planētām ir gāzes giganta brāļi un māsas ar ilgāku orbītu.
Boss gadiem ilgi ir veicis eksoplanētu medību aptauju ar pētījuma līdzautoriem - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson et al. - pazīstams kā Kārnegi astrometriskās planētas meklēšana. Šī aptauja balstās uz Kārnegi astrometriskās planētas meklēšanas kameru (CAPSCam), kas ir instruments du Pont telekopā un kas meklē ekstrasolāru planētas, izmantojot astrometrisko metodi.
Šī netiešā eksoplanētu medību metode nosaka planētu klātbūtni ap zvaigzni, izmērot šīs saimnieka zvaigznes viļņošanos ap sistēmas masas centru (aka. Tās barycenter). Izmantojot CAPSCam, Boss un viņa kolēģi paļāvās uz vairāku gadu TRAPPIST-1 novērojumiem, lai noteiktu augšējās masas robežas visiem potenciālajiem gāzes milžiem, kas riņķo apkārt sistēmā.
No tā viņi secināja, ka planētas, kuru masa bija līdz 4,6 Jupitera masām, varētu orbītēt zvaigzni gada laikā. Turklāt viņi atklāja, ka planētas, kuru masa ir 1,6 Jupitera masas, varētu orbīt zvaigzni ar 5 gadu periodiem. Citiem vārdiem sakot, ir iespējams, ka TRAPPIST-1 ir kādi ilgstoši gāzes giganti, kas riņķo ap tā ārējo robežu, tieši tāpat kā ilgstoši gāzes giganti, kas atrodas ārpus Marsa orbītas Saules sistēmā.
Ja tā ir taisnība, šo milzu planētu esamība varētu atrisināt notiekošās debates par Saules sistēmas gāzes gigantu veidošanos. Saskaņā ar visplašāk pieņemto teoriju par Saules sistēmas veidošanos (t.i., Miglāja hipotēze), Saule un planētas ir dzimušas no gāzes un putekļu miglāja. Pēc tam, kad šī mākoņa centrā notika gravitācijas sabrukums, veidojot Sauli, atlikušie putekļi un gāze izlīdzinājās diskā, kas to ieskauj.
Zeme un citas sauszemes planētas (dzīvsudrabs, Venera un Marss) visas veidojās tuvāk Saulei no silikātu minerālu un metālu uzbēruma. Attiecībā uz gāzes gigantu ir dažas konkurējošas teorijas par to veidošanos. Vienā scenārijā, kas pazīstams kā pamata akreces teorija, arī gāzes giganti sāka uzkrāties no cietiem materiāliem (veidojot cietu kodolu), kas kļuva pietiekami lieli, lai piesaistītu apkārtējās gāzes apvalku.
Konkurences izskaidrojums - pazīstams kā diska nestabilitātes teorija - apgalvo, ka tie izveidojās, kad gāzes un putekļu disks bija izveidojies spirālveida formā (līdzīgi kā galaktikā). Pēc tam šiem ieročiem sāka pieaugt masa un blīvums, veidojot salipumus, kas ātri saliecās, veidojot mazuļu gāzes milžus. Izmantojot skaitļošanas modeļus, Boss un viņa kolēģi apsvēra abas teorijas, lai noskaidrotu, vai gāzes milži varētu veidoties ap tādas maza masas zvaigzni kā TRAPPIST-1.
Kamēr galvenā akrecija nebija ticama, diska nestabilitātes teorija norādīja, ka ap TRAPPIST-1 un citām mazas masas sarkanajām punduru zvaigznēm varētu veidoties gāzes giganti. Pats par sevi šis pētījums sniedz teorētisko ietvaru gāzes gigantu pastāvēšanai sarkano punduru zvaigžņu sistēmās, par kurām jau ir zināms, ka tām ir klinšainas planētas. Tas noteikti ir iepriecinoši jaunumi eksoplanētu medniekiem, ņemot vērā, ka ir atrasti akmeņainu planētu plankumi, kas riņķo ap vēlu sarkanajiem punduriem.
Papildus TRAPPIST-1, tie ietver Saules sistēmai vistuvāko eksoplanetu (Proxima b), kā arī LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b un Gliese 682c. Bet kā atzīmēja arī Boss, šis pētījums joprojām ir sākumstadijā, un pirms kaut ko var pateikt pārliecinoši, ir jāveic vēl daudz pētījumu un diskusiju. Par laimi, tādi pētījumi kā šis palīdz atvērt durvis šādiem pētījumiem un diskusijām.
"Gāzes milzu planētas, kas atradās ilgstošā orbītā ap TRAPPIST-1, varētu izaicināt galveno akrācijas teoriju, bet ne obligāti diska nestabilitātes teoriju," sacīja Boss. "Ir daudz vietas turpmākai izpētei starp ilgāka perioda orbītām, kuras mēs šeit pētījām, un ļoti īsajām septiņu zināmo TRAPPIST-1 planētu orbītām."
Boss un viņa komanda arī apgalvo, ka, turpinot novērojumus ar CAPSCam un veicot turpmākus uzlabojumus tā datu analīzes sistēmā, tiks vai nu atklātas visas ilgtermiņa planētas, vai arī tiks uzstādīts vēl stingrāks ierobežojums to augšējām masas robežām. Un, protams, nākamās paaudzes infrasarkano staru teleskopu, piemēram, Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa, izvietošana palīdzēs gāzu gigantu medībās ap sarkanajām punduru zvaigznēm.
