Планеты системы TRAPPIST-1 содержат много воды и обладают благоприятными атмосферами

В новом исследовании, представленном в журнале Astronomy & Astrophysics, сообщается, что все семь планет, обращающихся вокруг близкой к Земле холодной карликовой звезды TRAPPIST-1, преимущественно состоят из каменных пород, а воды на некоторых из них может быть даже больше, чем на Земле.

Плотности этих планет, которые теперь известны с гораздо большей точностью, свидетельствуют о том, что у некоторых из них вода может составлять до 5% их массы – примерно в 250 раз больше, чем количество воды в океанах на нашей планете. Более горячие миры, расположенные вблизи своей материнской звезды, вероятно, окружены плотной атмосферой из водяного пара, а более далекие покрыты льдом. Четвертая от центральной звезды планета по своим размерам, плотности и количеству света, которое она получает, больше всего похожа на Землю, и, среди всех миров системы, в наибольшей степени является каменной и потенциально может обладать запасами воды.

Планетная система тусклого красного карлика TRAPPIST-1, находящегося всего в 40 световых годах от Земли, была обнаружена в 2016 году. Последующие наблюдения выявили в этой системе не менее семи планет, близких по размеру к Земле. Экзомиры получили обозначения TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g и h, в порядке увеличения их расстояния от центральной звезды.

После того, как были выполнены новые наблюдения системы наземными и космическими телескопами, группа исследователей во главе с Симоном Гриммом из Бернского университета (Швейцария) применила к полученным данным сложные методы численного моделирования и определила плотности планет системы TRAPPIST-1 с гораздо большей точностью, чем это было сделано ранее.

«Планеты системы TRAPPIST-1 так плотно упакованы, что оказывают друг на друга сильное гравитационное воздействие, и поэтому моменты их прохождений по диску материнской звезды – транзитов – несколько сдвигаются. Эти сдвиги зависят от масс планет, от расстояний между ними и от других орбитальных параметров. В нашей компьютерной модели мы изменяли параметры орбит планет до тех пор, пока вычисленные моменты транзитов не совпали с наблюдаемыми, а из этого нашли и массы планет», – рассказывает Симон Гримм.

Одна из целей исследований экзопланет – установить состав тех из них, которые напоминают Землю по размерам и температуре. После открытия системы TRAPPIST-1 технические возможности инструментов ESO в Чили и космических телескопов «Spitzer» и «Hubble» позволили достичь этой цели. Исследователи впервые узнали, из чего состоят землеподобные экзопланеты!

Измеренные плотности в сочетании с моделями состава планет приводят к заключению, что поверхности семи планет системы TRAPPIST-1 – не просто голая каменная пустыня. Они содержат значительное количество летучих веществ, вероятно, воды, количество которой у некоторых из них достигает 5% от общей массы. Это очень много – для сравнения, на Земле вода составляет всего около 0,02% ее массы.

TRAPPIST-1b и c, самые близкие к центральному светилу планеты системы, скорее всего, имеют каменное ядро и окружены гораздо более плотными атмосферами, чем Земля. А вот TRAPPIST-1d – самая легкая: ее масса всего около 30% земной, и ученые сомневаются, что у нее может быть заметная атмосфера, океаны или ледяной покров.

Астрономы с удивлением обнаружили, что TRAPPIST-1e – единственная из всех планет системы, плотность которой несколько выше, чем у Земли. Это может означать, что у нее, скорее всего, имеется более плотное железное ядро. Загадочным образом TRAPPIST-1e оказывается значительно более «каменной», чем все остальные планеты системы.

TRAPPIST-1f, g и h настолько далеки от центральной звезды, что вода на их поверхности должна замерзать. Если у них есть атмосферы, они вряд ли содержат тяжелые молекулы, которыми богата земная атмосфера, как, например, углекислый газ.

Планетная система TRAPPIST-1, несомненно, останется в центре внимания исследователей и будет интенсивно изучаться с помощью наземных и космических инструментов, в том числе с Чрезвычайно Большим Телескопом ESO и с космическим телескопом NASA «James Webb».