Harmonia orbitale kufizon mbërritjen e vonuar të ujit në planetët TRAPPIST-1

Shtatë planetë të madhësisë së Tokës rrotullohen rreth yllit TRAPPIST-1 në harmoni pothuajse të përsosur, dhe studiuesit amerikanë dhe evropianë e kanë përdorur këtë harmoni për të përcaktuar se sa abuzime fizike mund të kishin përballuar planetët në fillimet e tyre.

“Pas formimit të planetëve shkëmborë, gjërat përplasen në to”, tha astrofizikani Sean Raymond nga Universiteti i Bordo në Francë. “Quhet bombardim, ose shtim i vonë, dhe ne kujdesemi për të, pjesërisht, sepse këto ndikime mund të jenë një burim i rëndësishëm uji dhe elementësh të paqëndrueshëm që nxisin jetën.”

Në një studim të disponueshëm në internet sot në Nature Astronomy, Raymond dhe kolegët nga projekti CLEVER Planets i financuar nga NASA dhe shtatë institucione të tjera përdorën një model kompjuterik të fazës së bombardimeve të formimit planetar në TRAPPIST-1 për të eksploruar ndikimet që planetët e tij mund të kishin përballuar. pa u rrëzuar nga harmonia.

Deshifrimi i historisë së ndikimit të planetëve është i vështirë në sistemin tonë diellor dhe mund të duket si një detyrë e pashpresë në sistemet vite dritë larg, tha Raymond.

“Në Tokë, ne mund të matim disa lloje elementesh dhe t’i krahasojmë ato me meteoritët,” tha Raymond. “Kjo është ajo që ne bëjmë për të kuptuar se sa gjëra u përplasën në Tokë pasi ajo u formua kryesisht.”

Por këto mjete nuk ekzistojnë për të studiuar bombardimet në ekzoplanete.

“Ne kurrë nuk do të marrim gurë prej tyre,” tha ai. “Ne kurrë nuk do të shohim kratere mbi to. Pra, çfarë mund të bëjmë? Këtu hyn konfigurimi special orbital i TRAPPIST-1. Është një lloj levë që ne mund ta tërheqim për të vendosur kufizime për këtë.”

TRAPPIST-1, rreth 40 vite dritë larg, është shumë më i vogël dhe më i ftohtë se dielli ynë. Planetët e tij emërtohen në mënyrë alfabetike nga b në h sipas distancës së tyre nga ylli. Koha e nevojshme për të përfunduar një orbitë rreth yllit – e barabartë me një vit në Tokë – është 1.5 ditë në planetin b dhe 19 ditë në planetin h. Çuditërisht, periudhat e tyre orbitale formojnë raporte pothuajse perfekte, një rregullim rezonant që të kujton notat muzikore harmonike. Për shembull, për çdo tetë “vjet” në planetin b, pesë kalojnë në planetin c, tre në planetin d, dy në planetin e e kështu me radhë.

“Ne nuk mund të themi saktësisht se sa shumë lëndë u futën në ndonjë nga këta planetë, por për shkak të këtij konfigurimi të veçantë rezonant, ne mund t’i vendosim një kufi të sipërm”, tha Raymond. “Mund të themi, “Nuk mund të ketë qenë më shumë se kaq”. Dhe rezulton se ai kufi i sipërm është në të vërtetë mjaft i vogël.

“Ne kuptuam se pas formimit të këtyre planetëve, ata nuk u bombarduan nga më shumë se një sasi shumë e vogël sendesh,” tha ai. “Kjo është disi e lezetshme. Është informacion interesant kur mendojmë për aspekte të tjera të planetëve në sistem.”

Planetët rriten brenda disqeve protoplanetare të gazit dhe pluhurit rreth yjeve të sapoformuar. Këta disqe zgjasin vetëm disa milionë vjet, dhe Raymond tha se kërkimet e mëparshme kanë treguar se zinxhirët rezonantë të planetëve si TRAPPIST-1 formohen kur planetët e rinj migrojnë më afër yllit të tyre përpara se disku të zhduket. Modelet kompjuterike kanë treguar që disqet mund të bartin planetët në rezonancë. Raymond tha se besohet se zinxhirët rezonantë si TRAPPIST-1 duhet të vendosen përpara se disqet e tyre të zhduken.

Rezultati është se planetët e TRAPPIST-1 u formuan shpejt, në rreth një të dhjetën e kohës që iu desh Tokës për t’u formuar, tha bashkëautori i studimit të Rice, Andre Izidoro, një astrofizikan dhe student postdoktoral i CLEVER Planets.

CLEVER Planets, të udhëhequr nga bashkëautori i studimit Rajdeep Dasgupta, profesori Maurice Ewing i Shkencës së Sistemeve të Tokës në Rajs, po eksploron mënyrat se si planetët mund të fitojnë elementët e nevojshëm për të mbështetur jetën. Në studimet e mëparshme, Dasgupta dhe kolegët në CLEVER Planets kanë treguar se një pjesë e konsiderueshme e elementeve të paqëndrueshme të Tokës erdhi nga ndikimi që formoi hënën.

“Nëse një planet formohet herët dhe është shumë i vogël, si masa e hënës ose Marsit, ai nuk mund të grumbullojë shumë gaz nga disku,” tha Dasgupta. “Një planet i tillë ka gjithashtu shumë më pak mundësi për të fituar elemente të paqëndrueshme thelbësore për jetën përmes bombardimeve të vona.”

Izidoro tha se ky do të ishte rasti me Tokën, e cila fitoi pjesën më të madhe të masës së saj relativisht vonë, duke përfshirë rreth 1% nga ndikimet pas përplasjes së hënës.

“Ne e dimë se Toka pati të paktën një goditje gjigante pasi gazi (në diskun protoplanetar) u zhduk,” tha ai. “Kjo ishte ngjarja e formimit të hënës.

“Për sistemin TRAPPIST-1, ne kemi planetë në masën e Tokës që u formuan herët,” tha ai. “Pra, një ndryshim i mundshëm, krahasuar me formimin e Tokës, është se ato mund të kenë, që nga fillimi, pak atmosferë hidrogjeni dhe nuk kanë përjetuar kurrë një ndikim gjigant të vonë. Dhe kjo mund të ndryshojë shumë evolucionin për sa i përket brendësisë së planeti, shkarkimi i gazit, humbja e paqëndrueshme dhe gjëra të tjera që kanë implikime për banueshmërinë.”

Raymond tha se studimi i kësaj jave ka implikime jo vetëm për studimin e sistemeve të tjera planetare rezonante, por për sistemet ekzoplanetësh shumë më të zakonshëm që besohej se kishin filluar si sisteme rezonante.

“Super-Tokat dhe nën-Neptunët janë shumë të shumtë rreth yjeve të tjerë, dhe ideja mbizotëruese është se ata migruan nga brenda gjatë asaj faze të diskut të gazit dhe më pas ndoshta patën një fazë të vonë të përplasjeve,” tha Raymond. “Por gjatë asaj faze të hershme, ku ata po migronin brenda, ne mendojmë se ata pothuajse – ndoshta universalisht – kishin një fazë ku ishin struktura zinxhirësh rezonante si TRAPPIST-1. Ata thjesht nuk mbijetuan. Ata përfunduan të paqëndrueshëm më vonë më.”

Izidoro tha se një nga kontributet kryesore të studimit mund të vijë pas disa vitesh, pasi Teleskopi Hapësinor i NASA-s James Webb, Teleskopi Ekstremisht i Madh i Observatorit Jugor Evropian dhe instrumente të tjera lejojnë astronomët të vëzhgojnë drejtpërdrejt atmosferat e ekzoplaneteve.

“Ne kemi disa kufizime sot në përbërjen e këtyre planetëve, si sasia e ujit që mund të kenë,” tha Izidoro për planetët që formohen në një fazë rezonante migrimi. “Por ne kemi shirita gabimesh shumë të mëdha.”

Në të ardhmen, vëzhgimet do të kufizojnë më mirë përbërjen e brendshme të ekzoplaneteve dhe njohja e historisë së bombardimeve të vonshme të planetëve rezonantë mund të jetë jashtëzakonisht e dobishme.

“Për shembull, nëse njëri prej këtyre planetëve ka shumë ujë, le të themi 20% fraksion masiv, uji duhet të jetë përfshirë në planet herët, gjatë fazës së gaztë,” tha ai. “Kështu që ju do të duhet të kuptoni se çfarë lloj procesi mund ta sjellë këtë ujë në këtë planet.”

Bashkautorë shtesë të studimit përfshijnë Emeline Bolmont dhe Martin Turbet nga Universiteti i Gjenevës, Caroline Dorn nga Universiteti i Cyrihut, Franck Selsis nga Universiteti i Bordo, Eric Agol nga Universiteti i Uashingtonit, Patrick Barth nga Universiteti i St. Andrews , Ludmila Carone nga Instituti Max Planck për Astronomi në Heidelberg, Gjermani, Michael Gillon nga Universiteti i Lièges dhe Simon Grimm nga Universiteti i Bernës.