Τον Φεβρουάριο του 2017, οι επιστήμονες της NASA ανακοίνωσαν την ύπαρξη επτά χερσαίων πλανητών (δηλαδή βραχώδεις) πλανήτες στο σύστημα αστεριών TRAPPIST-1. Από τότε, το σύστημα υπήρξε το επίκεντρο της έντονης έρευνας για να προσδιοριστεί εάν κάποιος από αυτούς τους πλανήτες θα μπορούσε να είναι κατοικήσιμος ή όχι. Ταυτόχρονα, οι αστρονόμοι αναρωτιούνται εάν όλοι οι πλανήτες του συστήματος λογοδοτούνται.
Για παράδειγμα, θα μπορούσε αυτό το σύστημα να έχει γίγαντες φυσικού αερίου που κρύβονται στις εξωτερικές του περιοχές, όπως κάνουν πολλά άλλα συστήματα με βραχώδεις πλανήτες (για παράδειγμα, δικοί μας); Αυτό ήταν το ερώτημα που μια ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής ερευνητές από το Ινστιτούτο Επιστημών Carnegie, προσπάθησε να απαντήσει σε μια πρόσφατη μελέτη. Σύμφωνα με τα ευρήματά τους, το TRAPPIST-1 μπορεί να βρίσκεται σε τροχιά από γίγαντες φυσικού αερίου σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση από τους επτά βραχώδεις πλανήτες του.
Η μελέτη, με τίτλο «Αστρομετρικοί περιορισμοί στις μάζες των γιγαντιαίων πλανητών αερίου μακράς περιόδου στο πλανητικό σύστημα TRAPPIST-1», εμφανίστηκε πρόσφατα στο Η Αστρονομική Εφημερίδα. Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, η ομάδα βασίστηκε σε παρατηρήσεις παρακολούθησης που έγιναν από το TRAPPIST-1 για μια περίοδο πέντε ετών (από το 2011 έως το 2016) χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο du Pont στο Παρατηρητήριο Las Campanas της Χιλής.
Χρησιμοποιώντας αυτές τις παρατηρήσεις, προσπάθησαν να προσδιορίσουν εάν το TRAPPIST-1 θα μπορούσε να είχε προηγουμένως μη ανιχνευτεί γίγαντες αερίου σε τροχιά εντός των εξωτερικών σημείων του συστήματος. Όπως εξήγησε ο Δρ Alan Boss - ένας αστροφυσικός και πλανητικός επιστήμονας στο Τμήμα Χερσαίου Μαγνητισμού του Ινστιτούτου Carnegie και ο κύριος συγγραφέας στο έγγραφο: σε μια δήλωση τύπου Carnegie:
«Ορισμένα άλλα συστήματα αστεριών που περιλαμβάνουν πλανήτες μεγέθους Γης και σούπερ-Γη φιλοξενούν επίσης τουλάχιστον έναν γίγαντα φυσικού αερίου. Έτσι, το να ρωτάς αν αυτοί οι επτά πλανήτες έχουν γιγαντιαία αδέρφια με τροχιές μεγαλύτερης διάρκειας είναι μια σημαντική ερώτηση. "
Για χρόνια, ο Boss διεξήγαγε μια έρευνα κυνηγιού εξωπλανήτη με τους συν-συγγραφείς της μελέτης - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - γνωστό ως Carnegie Astrometric Planet Search. Αυτή η έρευνα βασίζεται στην Carnegie Astrometric Planet Search Camera (CAPSCam), ένα όργανο στο telecope du Pont που αναζητά εξωηλιακούς πλανήτες χρησιμοποιώντας την αστρομετρική μέθοδο.
Αυτή η έμμεση μέθοδος κυνηγιού εξωπλανητών καθορίζει την παρουσία πλανητών γύρω από ένα αστέρι, μετρώντας την ταλάντευση αυτού του αστέρι-ξενιστή γύρω από το κέντρο μάζας του συστήματος (γνωστό και ως βαρυτικό κέντρο). Χρησιμοποιώντας το CAPSCam, ο Boss και οι συνεργάτες του βασίστηκαν σε πολλά χρόνια παρατηρήσεων του TRAPPIST-1 για να καθορίσουν τα ανώτατα όρια μάζας για τυχόν πιθανούς γίγαντες φυσικού αερίου σε τροχιά στο σύστημα.
Από αυτό, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι πλανήτες που ήταν μέχρι 4,6 μάζες του Δία μπορούσαν να περιστρέφονται γύρω από το αστέρι με μια περίοδο ενός έτους. Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι πλανήτες έως και 1,6 Δία Μάζες θα μπορούσαν να περιστρέφονται γύρω από το αστέρι με περιόδους 5 ετών. Με άλλα λόγια, είναι πιθανό ότι το TRAPPIST-1 έχει μερικούς μεγάλους γίγαντες αερίου σε τροχιά γύρω από τις εξωτερικές του περιοχές, με τον ίδιο τρόπο που οι γίγαντες αερίου μακράς περιόδου υπάρχουν πέρα από την τροχιά του Άρη στο Ηλιακό Σύστημα.
Εάν είναι αλήθεια, η ύπαρξη αυτών των γιγαντιαίων πλανητών θα μπορούσε να επιλύσει μια συνεχιζόμενη συζήτηση σχετικά με το σχηματισμό των γιγάντων φυσικού αερίου του Ηλιακού Συστήματος. Σύμφωνα με την πιο ευρέως αποδεκτή θεωρία σχετικά με τον σχηματισμό του Ηλιακού Συστήματος (δηλαδή υπόθεση νεφελώδους), ο Ήλιος και οι πλανήτες γεννήθηκαν από ένα νεφέλωμα αερίου και σκόνης. Μετά από αυτό το νέφος υπέστη βαρυτική κατάρρευση στο κέντρο, σχηματίζοντας τον Ήλιο, η υπόλοιπη σκόνη και αέριο ισοπεδώθηκαν σε έναν δίσκο που τον περιβάλλει.
Η Γη και οι άλλοι επίγειοι πλανήτες (Ερμής, Αφροδίτη και Άρης) σχηματίστηκαν όλοι πιο κοντά στον Ήλιο από την αύξηση των πυριτικών ορυκτών και μετάλλων. Όσον αφορά τους γίγαντες φυσικού αερίου, υπάρχουν μερικές ανταγωνιστικές θεωρίες ως προς το πώς σχηματίστηκαν. Σε ένα σενάριο, γνωστό ως θεωρία Core Accretion, οι γίγαντες αερίου άρχισαν επίσης να συσσωρεύονται από στερεά υλικά (σχηματίζοντας έναν συμπαγή πυρήνα) που έγιναν αρκετά μεγάλοι για να προσελκύσουν ένα περίβλημα του περιβάλλοντος αερίου.
Μια ανταγωνιστική εξήγηση - γνωστή ως η θεωρία αστάθειας δίσκου - ισχυρίζεται ότι σχηματίστηκαν όταν ο δίσκος αερίου και σκόνης πήρε ένα σχηματισμό σπειροειδούς βραχίονα (παρόμοιο με έναν γαλαξία). Αυτοί οι βραχίονες άρχισαν στη συνέχεια να αυξάνονται στη μάζα και την πυκνότητα, σχηματίζοντας συσσωματώματα που συνενώθηκαν γρήγορα για να σχηματίσουν γίγαντες αερίου μωρών. Χρησιμοποιώντας υπολογιστικά μοντέλα, ο Boss και οι συνάδελφοί του εξέτασαν και τις δύο θεωρίες για να δουν αν οι γίγαντες αερίου θα μπορούσαν να σχηματιστούν γύρω από ένα αστέρι χαμηλής μάζας όπως το TRAPPIST-1.
Ενώ το Core Accretion δεν ήταν πιθανό, η θεωρία αστάθειας δίσκου έδειξε ότι οι γίγαντες αερίου θα μπορούσαν να σχηματιστούν γύρω από το TRAPPIST-1 και άλλα κόκκινα αστέρια νάνος χαμηλής μάζας. Ως εκ τούτου, αυτή η μελέτη παρέχει ένα θεωρητικό πλαίσιο για την ύπαρξη γιγάντων αερίου σε συστήματα κόκκινων αστεριών νάνων που είναι ήδη γνωστό ότι έχουν βραχώδεις πλανήτες. Αυτό είναι σίγουρα ενθαρρυντικό νέο για τους κυνηγούς εξωπλανητών, δεδομένου ότι βρέθηκε σε τροχιά γύρω από βραχώδεις πλανήτες σε τροχιά γύρω από αργά.
Εκτός από το TRAPPIST-1, αυτά περιλαμβάνουν τον πλησιέστερο εξωπλανήτη στο Ηλιακό Σύστημα (Proxima b), καθώς και LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b και Gliese 682c. Ωστόσο, όπως σημείωσε και ο Boss, αυτή η έρευνα βρίσκεται ακόμη στα σπάργανα και πρέπει να διεξαχθεί πολύ περισσότερη έρευνα και συζήτηση πριν να μπορέσουν να ειπωθούν οριστικά. Ευτυχώς, μελέτες όπως αυτή βοηθούν στο άνοιγμα της πόρτας σε τέτοιες μελέτες και συζητήσεις.
«Οι γιγαντιαίοι πλανήτες αερίου που βρέθηκαν σε τροχιές μεγάλης διάρκειας γύρω από το TRAPPIST-1 θα μπορούσαν να προκαλέσουν τη βασική θεωρία αύξησης, αλλά όχι απαραίτητα τη θεωρία αστάθειας δίσκου», δήλωσε ο Boss. «Υπάρχει πολύς χώρος για περαιτέρω διερεύνηση μεταξύ των τροχιών μεγαλύτερης περιόδου που μελετήσαμε εδώ και των πολύ μικρών τροχιών των επτά γνωστών πλανητών TRAPPIST-1».
Ο προϊστάμενος και η ομάδα του ισχυρίζονται επίσης ότι οι συνεχείς παρατηρήσεις με το CAPSCam και περαιτέρω βελτιώσεις στον αγωγό ανάλυσης δεδομένων θα εντοπίσουν είτε πλανήτες μεγάλης διάρκειας είτε θα ασκήσουν ακόμη πιο αυστηρό περιορισμό στα ανώτερα όρια μάζας τους. Και φυσικά, η ανάπτυξη υπέρυθρων τηλεσκοπίων επόμενης γενιάς, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, θα βοηθήσει στο κυνήγι γιγάντων αερίου γύρω από κόκκινα αστέρια νάνων.
