Układ planetarny TRAPPIST-1

Autorem odkrycia ogłoszonego wczoraj jest zespół projektu TRAPPIST, będącego wspólnym dziełem Uniwersytetu w Liege (Belgia) i Obserwatorium Genewskiego. Sam instrument znajduje się w kompleksie La Silla, czyli jednym z miejsc Europejskiego Obserwatorium Południowego. Teleskop należy do klasy teleskopów małych (średnica tylko 60 cm) i działa autonomicznie, bez bezpośredniego udziału obserwatora. Jednym z jego celów jest poszukiwanie planet krążących wokół innych gwiazd. Detekcji dokonuje się na podstawie obserwacji tranzytów, czyli przejść planet w poprzek tarczy gwiazdy.

Pierwszą gwiazdą, dla której TRAPPIST dokonał odkrycia planet jest właśnie TRAPPIST-1. Jest to bardzo słaba gwiazda widoczna na tle gwiazdozbioru Wodnika. Należy ona do kategorii najmniejszych gwiazd, jej masa to zaledwie 0,08 masy naszego Słońca. Jest to graniczna masa rozdzielająca zwykłe gwiazdy od brązowych karłów. Gwiazda leży w odległości prawie 40 lat świetlnych od nas.

O tym, że jest to gwiazda posiadająca kilka planet o rozmiarach Ziemi zespół TRAPPIST doniósł już w 2015 roku. Mówiono wtedy o detekcji trzech planet. Na wczorajszej konferencji przedstawiono jednak wyraźnie poszerzony obraz tamtego układu planetarnego. Udało się zidentyfikować aż siedem planet, przy czym wszystkie okazały się być planetami o rozmiarach podobnych do Ziemi. Zasadniczymi parametrami jakie wyznacza się przy analizie tranzytów są okresy rotacji wokół gwiazdy, rozmiary orbit i rozmiary samych planet. Metoda ta jednak nie daje informacji o ich masach. Zwykle, aby tego dokonać należy sięgnąć po obserwacje przesunięć dopplerowskich w widmie samej gwiazdy. W przypadku tak słabej gwiazdy jest to problematyczne, gdyż jasność gwiazdy jest bardzo niska. Nie tak dawno udało się tego dokonać dla Proximy-b. Tym razem nie sięgnięto jednak do tej metody, ale wykorzystano klasyczny w mechanice nieba rachunek perturbacyjny. Planety krążące w tym układzie również oddziałują grawitacyjnie między sobą wywołując niewielkie zmiany w swoich okresach rotacji. Dzięki obserwacji wielokrotnych tranzytów udało się je wyznaczyć, a stąd również określić masy poszczególnych planet. Jedynie dla planety krążącej najdalej od tej gwiazdy nie udało się tego uczynić.

Układ planetarny TRAPPIST-1 jest dla nas wyjątkowy pod tym względem, że wszystkie odkryte tam planety są planetami typu Ziemi. Jak dotąd większość odkrywanych przez nas planet pozasłonecznych była gazowymi olbrzymami. Krążą one bardzo blisko swojej gwiazdy i trzy z nich powinny mieć warunki cieplne pozwalające na istnienie tam wody w postaci ciekłej. Czy tak jest pewności niestety nie mamy. Sam rozmiar, masa, i odległość od gwiazdy nie muszą przesądzać o warunkach na powierzchni. Wiele zależy od stanu atmosfery planetarnej. Pamiętajmy, że w Układzie Słonecznym istnieje jeszcze jedna planeta o masie i rozmiarach Ziemi, Wenus, na której dzisiejsze warunki trudno uznać za dogodne dla życia. Atmosfera Wenus wyewoluowała do stanu skrajnie silnego efektu cieplarnianego, i jest tam dziś znacznie goręcej niż w naszych piekarnikach. Prawie na pewno wszystkie planety wokół TRAPPIST-1 rotują w sposób synchroniczny, wystawiając do gwiazdy cały czas tę sama stronę, co skutkuje silnymi zmianami temperatury pomiędzy stroną dzienną i nocną. Te które krążą dalej od swojej gwiazdy mogą nie posiadać własnego pola magnetycznego, które chroniłoby ich atmosfery przed wiatrem gwiazdowym. Dla mniejszych planet długotrwałe oddziaływanie z tym wiatrem musiałoby doprowadzić do utraty istotnej części atmosfery. Zwraca się też uwagę na silny poziom aktywności magnetycznej gwiazd małych. Intensywne promieniowanie rentgenowskie I ultrafioletowe także wspomagałoby proces utraty atmosfery. Na odpowiedzenie czy te procesy odgrywają poważną rolę w tym układzie jest jak na razie za wcześnie.

Na ilustracji pokazujemy wizualizację układu, za JPL/NASA. :)

Czerwona nowa w 2022 roku

V1309 Scorpii

Niepozorna gwiazda z pola misji Kepler, nosząca oznaczenie KIC 9832227, za jakieś 5 lat może zgotować nam widowisko dostrzegalne gołym okiem na naszym niebie. Obiekt ten został zidentyfikowany przez polskich astronomów z Wrocławia i Warszawy jako układ podwójny typu W UMa dzięki obserwacjom projektu ASAS (Pigulski, Pojmański, Pilecki, Szczygieł 2008). Gwiazdy tego typu są ciasnymi układami podwójnymi, w skład których wchodzą zwykle względnie chłodne i wyewoluowane gwiazdy. W trakcie ewolucji gwiazdy zbliżają się do siebie tak bardzo, że dochodzi do połączenia się ich fotosfer. Układ wygląda jak hantle, dwie gwiazdy stykają się, wciąż krążąc wokół środka masy układu.

Obserwacje tego obiektu w trakcie trwania misji Kepler wykazywały niewielkie zmiany okresu i wyraźne efekty zaplamienia gwiazd. Jednak późniejsze obserwacje, po 2013 roku, wskazują iż jej stan ma się wkrótce zasadniczo zmienić. Układ ten wyraźnie chce podzielić los innego obiektu, V1309 Scorpii, który w 2008 roku gwałtownie pojaśniał przechodząc przez fazę czerwonej nowej. Przebieg zmian jasności V1309 Sco pokazany jest na ilustracji obok. Toruńscy i warszawscy astronomowie pod kierownictwem Romualda Tylendy, pokazali, że nowa V1309 Scorpii pierwotnie była także układem W UMa, który zaczął wyraźnie tracić orbitalny moment pędu, co wywołało dalsze zacieśnienie układu i w końcu nagłe zlanie się obu składników w jedną gwiazdę. W takim procesie w krótkim czasie wydzielają się bardzo duże ilości energii, co wywołuje gwałtowne pojaśnienie. Taki mechanizm powstawania czerwonej nowej powoduje, że można nie tylko rozpoznać oznaki zbliżającej się eksplozji, ale także oszacować kiedy do niej dojdzie.

Oznaki takiego procesu w przypadku KIC 9832227 odkryli astronomowie Larry Molnar, Karen Kinemuchi i Henry Kobulnicky. Obserwowane tempo skracania się okresu orbitalnego tego układu pozwala przewidzieć, że w 2022 roku dojdzie do zlania się obu gwiazd. Jasność układu powinna wzrosnąć nawet 10 tysięcy razy, co spowoduje, że układ ten na naszym niebie stanie się gwiazdą widoczną gołym okiem, nawet w miastach. Na razie precyzja wyznaczenia momentu pojawienia się nowej nie jest wysoka (plus minus jeden rok), ale z biegiem czasu da się moment wybuchu wyznaczyć dokładniej. Będzie to pierwszy w historii astronomii przypadek, w którym z wyprzedzeniem będziemy mogli obserwować eksplozję czerwonej nowej.