Czerwone karły to najpowszechniejszy typ gwiazd w naszej galaktyce, stanowiący ponad 75% wszystkich słońc w Drodze Mlecznej. Są one mniejsze i chłodniejsze od naszego Słońca, jednak ich stabilność i długowieczność czynią je idealnymi kandydatami do poszukiwań systemów planetarnych. Jak wykazali astronomowie, małe, skaliste planety typu ziemskiego są niezwykle powszechne wokół tego rodzaju gwiazd. Dlatego też pytanie o możliwość powstania życia na tych odległych światach stało się centralnym punktem współczesnej astrobiologii.
Wśród wszystkich znanych systemów, TRAPPIST-1 zajmuje miejsce szczególne. Obchodzący właśnie dziesiątą rocznicę odkrycia układ jest uznawany za idealne laboratorium dla planetologii porównawczej. „Układ TRAPPIST-1 jest niesamowity! Siedem planet, z których część ma masy podobne do ziemskiej, krąży wokół tej samej gwiazdy. Co najmniej trzy z nich znajdują się w ekosferze, czyli strefie, gdzie temperatury powierzchniowe pozwoliłyby na obecność ciekłej wody” – wyjaśnia prof. Emeline Bolmont z Wydziału Astronomii UNIGE, współautorka badania opublikowanego w prestiżowym czasopiśmie Nature Astronomy.
Czytaj także: Teleskop Webba przynosi rozczarowujące wieści. TRAPPIST-1 d nie jest drugą Ziemią
Pułapka obrotu synchronicznego
Mimo że czerwone karły są powszechne, życie wokół nich napotyka na poważne przeszkody. Pierwszą z nich jest ogromna aktywność młodych gwiazd tego typu, które bombardują swoje planety intensywnym promieniowaniem ultrafioletowym i strumieniami cząstek wysokoenergetycznych. Taka kosmiczna pogoda może skutecznie degradować lub całkowicie usuwać atmosfery planetarne.
Drugim kluczowym czynnikiem jest bliskość planet względem gwiazdy. Ze względu na małą jasność czerwonego karła, planety muszą krążyć bardzo blisko niego, aby otrzymać wystarczającą ilość ciepła. Tak mała odległość powoduje, że siły pływowe doprowadzają do obrotu synchronicznego. Oznacza to, że planeta jest zawsze zwrócona jedną stroną do swojej gwiazdy – podobnie jak Księżyc do Ziemi. Efektem jest wieczny dzień na jednej półkuli i wieczna noc na drugiej. Kluczową rolę w moderowaniu tych ekstremów odgrywa atmosfera.
„Obecność atmosfery na takich planetach pozwoliłaby na transfer energii między stroną dzienną a nocną, co skutkowałoby bardziej umiarkowanymi temperaturami na całej planecie” – dodaje prof. Brice-Oliver Demory, dyrektor Centrum Przestrzeni Kosmicznej i Zamieszkiwalności na UNIBE. To właśnie detekcja atmosfery stała się głównym celem kampanii obserwacyjnej JWST.
60 godzin precyzyjnych pomiarów
Aby rozstrzygnąć kwestię istnienia gazowych otoczek, naukowcy skupili się na dwóch planetach położonych najbliżej gwiazdy: TRAPPIST-1b oraz TRAPPIST-1c. Są one najbardziej narażone na wpływ promieniowania macierzystej gwiazdy. Wykorzystując instrumenty JWST, prowadzono ciągłe obserwacje w podczerwieni przez pełne 60 godzin, śledząc planety podczas ich całego obiegu wokół gwiazdy. Pozwoliło to na stworzenie tzw. termicznych krzywych fazowych.
Czytaj także: A jednak! Najdalsze planety układu TRAPPIST-1 posiadają wodę na swojej powierzchni
Wyniki pomiarów temperatury okazały się bezlitosne dla nadziei o gęstych atmosferach na tych konkretnych globach. Astronomowie ustalili, że różnice temperatur między stroną dzienną a nocną przekraczają tam 500 stopni Celsjusza. Na TRAPPIST-1b temperatury w dzień przekraczają 200°C, podczas gdy nocą spadają do przerażających -200°C. Tak gigantyczny kontrast jest jasnym sygnałem: na tych planetach nie ma powietrza, które mogłoby transportować ciepło. Jeśli planety te posiadały kiedykolwiek atmosfery, zostały one „wydmuchane” przez ekstremalne warunki panujące w pobliżu gwiazdy.
Nadzieja w głębi układu
Choć TRAPPIST-1b i 1c okazały się jałowymi, skalistymi pustyniami pozbawionymi ochronnej warstwy gazów, naukowcy nie tracą optymizmu. Brak gęstej atmosfery na wewnętrznych planetach potwierdza jedynie teoretyczne modele ewolucji systemów wokół czerwonych karłów, ale nie wyklucza istnienia życia dalej od gwiazdy.
Obecnie uwaga naukowców przenosi się na planetę TRAPPIST-1e, która znajduje się w samym sercu ekosfery. Analogia do Układu Słonecznego nasuwa się sama: Merkury, najbliższa Słońcu planeta, również nie posiada atmosfery, podczas gdy Wenus i Ziemia zdołały ją zachować. Badacze z niecierpliwością czekają na kolejne dane z teleskopu Jamesa Webba, które mogą ujawnić, czy dalsze „kuzynki Ziemi” posiadają warunki sprzyjające powstaniu biologicznego życia. Układ TRAPPIST-1 wciąż nie odkrył przed nami wszystkich swoich tajemnic, a sukces zmapowania klimatu najmniejszych planet jest milowym krokiem w ich zrozumieniu.
