Más recientemente, comentamos sobre el descubrimiento de Proxima b, un planeta que se ha convertido en una cereza sobre un pastel exoplanetario. Y el 22 de febrero de 2017, con fanfarria, se anunció el descubrimiento de tres planetas a la vez en la zona habitable de otra enana roja: TRAPPIST-1. Este sistema está casi diez veces más lejos que Proxima Centauri, pero hay al menos dos circunstancias que hacen que el hallazgo sea la segunda guinda del pastel en los últimos meses. Eso:
- hay tres planetas en la zona habitable a la vez, esto aumenta la probabilidad de que al menos uno de ellos sea apto para la vida;
- estos planetas, a diferencia de Proxima b, son transitorios, es decir, pasan por el disco de la estrella para un observador terrestre, lo que facilita enormemente la observación de sus atmósferas.
Algunas palabras sobre la historia de la sensación. El sistema fue descubierto en 2015 por el pequeño telescopio belga TRAPPIST. El nombre, Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South, se adapta a la marca de cerveza belga. El telescopio está ubicado en Chile en el Observatorio La Silla del Observatorio Europeo Austral.
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Con su ayuda, se descubrieron tres planetas de tránsito cerca de la enana roja fría 2MASS J23062928-0502285 [1], que recibió el segundo nombre más humano, TRAPPIST-1; este fue el primer sistema planetario descubierto por este telescopio. Luego el sistema fue observado por el telescopio europeo VLT (Very Large Telescope), y finalmente, gracias a los datos del telescopio espacial infrarrojo Spitzer de la NASA, el sistema fue "desenredado" y encontró que hay siete planetas. En realidad, el último paso fue la conferencia de prensa de la NASA el 22 de febrero.
Figura: 1. Curva de luz de la estrella TRAPPIST-1 durante la sesión de 20 días del telescopio espacial Spitzer. Puntos verdes: observaciones con telescopios terrestres. Vertical: la luminosidad de la estrella en este momento en relación con la luminosidad promedio. Los diamantes marcan los tránsitos de planetas específicos. Las eyecciones ascendentes de puntos son probablemente llamaradas estelares. Solo hay un tránsito del planeta h. Su período y radio orbital se estiman a partir de la duración de un solo tránsito (ver Fig.2)
Figura: 2. Curvas de luz de la estrella durante los tránsitos de cada uno de los siete planetas
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La zona habitable incluye los planetas e, f, g, aunque a primera vista el planeta d es más adecuado para la intensidad del calentamiento que g. Esto requiere una discusión bastante compleja con estimaciones del posible efecto invernadero, incluidas muchas incertidumbres. Por supuesto, el concepto de zona habitable es muy arbitrario.
No importa cómo definamos la zona habitable, existen serios problemas con la idoneidad real para la vida de cada uno de estos planetas. Los mismos problemas que Proxima b. Están asociados con la naturaleza de las enanas rojas.
1. Son estrellas con una actividad magnética muy violenta. Tienen una capa convectiva gruesa. A diferencia del Sol, donde el calor se transfiere al exterior principalmente por difusión de fotones, allí predomina la convección. El sol también tiene convección, por lo que aparecen manchas, llamaradas, prominencias y, en la Tierra, tormentas magnéticas y auroras. Allí todos estos fenómenos son mucho más intensos.
2. La luminosidad de estas estrellas al comienzo de su biografía cambia mucho. Durante los primeros millones de años, brillan docenas, o incluso cientos de veces más que en el estado estable.
3. La zona habitable de las enanas rojas está tan cerca de la estrella que los planetas caen en un cierre de marea: o siempre miran hacia la estrella con un lado, o su día es más largo que su año (para el sistema TRAPPIST-1, la primera opción es más probable).
Qué hacer, la naturaleza por segunda vez en menos de un año se nos escapa de los sistemas planetarios no muy alentadores. Esto no es sorprendente, son mucho más fáciles de encontrar por el método espectrométrico (es imposible detectar la Tierra cerca del Sol de esta manera), es más probable que resulten transitorias y los tránsitos son más contrastantes, finalmente, hay más enanas rojas que amarillas y naranjas.
Figura: 3. Tránsito simultáneo de tres planetas. Curva de luz tomada el 11 de diciembre de 2015 con el telescopio europeo VLT
Entonces, los datos en el sistema TRAPPIST-1 encontrados (no presentamos errores).
| Planeta | Radio de órbita | Período | Radio del planeta | Intensidad de calentamiento (en unidades terrestres) |
| segundo | 0,011 AU | 1,51 días | 1.09 Re | 4.25 |
| C | 0,015 | 2,42 | 1.06 | 2,27 |
| re | 0.021 | 4.05 | 0,77 | 1,14 |
| mi | 0,028 | 6,10 | 0,92 | 0,66 |
| F | 0,037 | 9.21 | 1.04 | 0,38 |
| gramo | 0,045 | 12.35 | 1,13 | 0,26 |
| h | 0,063 | ~ 20 | 0,75 | 0,13 |
Estrella. Masa - 0.08 solar, radio -0.117 solar, luminosidad - 0.5103 solar, temperatura 2550K
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Fue posible estimar aproximadamente las masas de los planetas; debido a su interacción, los tránsitos se desplazan ligeramente en el tiempo. Los errores en la determinación de la masa son grandes, pero ya podemos concluir que la densidad de los planetas corresponde al relleno de rocas.
Por supuesto, en un futuro previsible se encontrarán planetas similares a la Tierra cerca de estrellas similares al Sol. En realidad, ya se han encontrado varios planetas de este tipo en los datos de Kepler, solo que están muy lejos. Basta observar varios cientos de estrellas brillantes en el cielo (lo que está previsto para los próximos años), y esos planetas se descubrirán dentro de cien años luz (y si tiene suerte, incluso más cerca).
De hecho, los planetas cómodos cerca de estrellas cómodas se encuentran a 15-20 años luz (esto se desprende de las estadísticas obtenidas por Kepler), pero para descubrirlos, se necesitan interferómetros espaciales, que no aparecerán pronto (ver [2]).
Sigue existiendo la esperanza de que al menos uno de los planetas sea apto para la vida. Inicialmente podrían tener mucha agua, no pudieron formarse donde están ahora y tuvieron que migrar a la estrella desde la periferia del disco protoplanetario, debido a la línea de nieve, donde hay muchos cuerpos de hielo. Es cierto que emigraron a la época en que la estrella era mucho más brillante. Pero las estimaciones realizadas para Proxima b muestran que las hidrosferas de los planetas podrían sobrevivir a un calor abrasador de decenas de millones de años.
Un cierre de marea no es fatal si el planeta tiene una atmósfera espesa y un océano global; entonces la transferencia de calor puede suavizar la diferencia de temperatura entre los hemisferios diurno y nocturno.
Un problema más serio es el de la atmósfera por el viento estelar y la fuerte radiación. En la rueda de prensa se dijo que la estrella ahora está tranquila. Esto es cierto si nos referimos a la radiación térmica, pero no a los rayos X: TRAPPIST-1, medido directamente por el observatorio espacial XMM, emite aproximadamente la misma cantidad de rayos X que el Sol. Dado que los planetas están diez veces más cerca de la estrella que la Tierra del Sol, su radiación de rayos X es tres órdenes de magnitud más alta que la de la Tierra.
Los rayos X no representan una amenaza directa para la vida, son absorbidos por la atmósfera. El problema está en la deshidratación del planeta: los rayos X y la luz ultravioleta dura rompen las moléculas de agua: el hidrógeno se evapora fácilmente, el oxígeno se une. Peor aún, dado que hay rayos X intensos, debe haber un viento estelar intenso, que quita las capas externas de la atmósfera. La única salvación en este caso es el campo magnético del planeta. Si estos planetas tienen un campo lo suficientemente fuerte es una pregunta. Tal vez lo haya.
Por lo tanto, queda la esperanza de que algunos de los planetas del sistema TRAPPIST-1 sean adecuados para la vida. ¿Se puede confirmar o negar esta esperanza? Es posible, y mucho más fácil que en el caso de Proxima b, en el que hay que observar la radiación térmica reflejada o la propia del planeta.
Es muy difícil separarlo de la radiación de la estrella. Aquí, las atmósferas de los planetas se pueden observar a la luz, lo que es incomparablemente más fácil.
En el caso de Proxima b, el nuevo telescopio espacial James Webb podrá mostrar algo solo en el caso extremo: un hemisferio está caliente, el otro está congelado. En el caso de TRAPPIST-1, es realista ver líneas de absorción en las atmósferas de los planetas. O ponga algunas restricciones encima. Ya se ha establecido una de esas limitaciones: los planetas interiores no tienen atmósferas gruesas de hidrógeno.
Figura: 4. Diagrama de las órbitas del sistema TRAPPIST-1. La zona habitable está marcada en gris. Círculos punteados: está en una interpretación ligeramente diferente
¿Existe la posibilidad teórica de que James Webb descubra vida en uno de estos planetas? El marcador de vida más elocuente es el oxígeno. Es totalmente detectable tanto como ozono como como O2. Otra cosa es que se puede formar una cierta cantidad de oxígeno, por ejemplo, debido a la disociación de moléculas de agua por la fuerte radiación de una estrella. Calcular cuánto oxígeno es un marcador confiable no es fácil. Es necesario conocer la tasa de disociación y la tasa de unión al oxígeno; existen muchas incertidumbres. Pero si hay tanto oxígeno como en la Tierra, no hay adónde ir: solo la vida puede darlo. Si hay poco oxígeno, esto no significa que no haya vida: hubo poco oxígeno en la Tierra durante los primeros dos mil millones de años de vida.
En conclusión, me gustaría expresar mi pesar porque Rusia pasó por alto el estudio de los exoplanetas. Hay personas y trabajos individuales, pero nada más. Pero esta área no requiere instalaciones gigantes, sino materia gris y perseverancia de la que nuestra ciencia siempre ha podido presumir. El proyecto ruso "Millimetron", un telescopio espacial criogénico con un espejo de 10 metros, da cierta esperanza: el estudio de exoplanetas es uno de los primeros puntos del proyecto. Sin embargo, este es un tema para una publicación separada.
Boris Stern, astrofísico, Ph. D. físico -estera. ciencias, dirigidas. científico. sotr. Instituto de Investigación Nuclear RAS (Troitsk)
