2017 februárjában a NASA tudósai hét földi (azaz sziklás) bolygó létezését jelentették a TRAPPIST-1 csillagrendszerben. Azóta a rendszer volt az intenzív kutatás fókuszpontja annak meghatározására, hogy ezen bolygók közül bármelyik lakható-e vagy sem. Ugyanakkor a csillagászok azon gondolkodtak, vajon a rendszer összes bolygóját valóban elszámolják-e.
Például, lehet, hogy ennek a rendszernek gáz óriásai bukkannak a külső határain, mint sok más sziklás bolygókkal rendelkező rendszer (például a miénk)? Erre a kérdésre a tudósok egy csoportja, amelyet a Carnegie Tudományos Intézet kutatói vezettek, egy közelmúltbeli tanulmányban próbált foglalkozni. Megállapításaik szerint a TRAPPIST-1-et gáz óriások keringhetnek sokkal nagyobb távolságra, mint hét sziklás bolygója.
A „A hosszú távú gáz óriási bolygók tömegének asztrometrikus korlátozásai a TRAPPIST-1 bolygórendszerben” című tanulmány a közelmúltban jelent meg a A csillagászati folyóirat. Mint rámutattak a tanulmányukban, a csoport a TRAPPIST-1 utólagos megfigyeléseire támaszkodott öt év alatt (2011-től 2016-ig) a du Pont távcső segítségével a chilei Las Campanas obszervatóriumban.
Ezeknek a megfigyeléseknek a segítségével meghatározták, vajon a TRAPPIST-1 korábban nem észlelt gáz óriások szivároghat-e a rendszer külső határain. Ahogyan Dr. Alan Boss - egy asztrofizikus és bolygótudós a Carnegie Intézet Földi Magnetizmus Tanszékén és az író író - magyarázta a Carnegie sajtóközleményében:
Számos más csillagrendszer, amely magában foglalja a Föld méretű bolygót és a Föld Földet, szintén legalább egy gáz óriásnak ad otthont. Tehát fontos kérdés, hogy vajon ezen a hét bolygón vannak-e hosszabb periódusú keringő óriás testvérek. "
A Boss évek óta exoplanet vadászfelmérést készített a tanulmány társszerzőivel - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson és mtsai. - a Carnegie Astrometrikus Bolygókeresés néven ismert. Ez a felmérés a Carnegie Astrometrikus Bolygó Kereső Kamerara (CAPSCam) támaszkodik, amely a du Pont távcső műszere, amely asztrometriás módszerrel keresi az ekstrasoláris bolygót.
Az exoplanet-vadászat ezen közvetett módszere határozza meg a csillag körül lévő bolygók jelenlétét azáltal, hogy megmérjük ennek a gazdagombnak a hullámait a rendszer tömegközéppontja (más néven annak barycenter) körül. A CAPSCam használatával Boss és kollégái a TRAPPIST-1 többéves megfigyeléseire támaszkodtak a rendszerben keringő potenciális gáz óriások felső tömegkorlátjának meghatározására.
Ebből arra a következtetésre jutottak, hogy a 4,6 Jupiter tömegű bolygók egy év alatt keringhetnek a csillag körül. Ezenkívül azt találták, hogy az 1,6 Jupiter tömegig terjedő bolygók ötéves időközönként keringhetnek a csillag körül. Más szavakkal: elképzelhető, hogy a TRAPPIST-1-nek vannak hosszú távú gáz óriásai, amelyek a külső határain keringnek, nagyjából ugyanúgy, mint a hosszú távú gáz óriások a Naprendszerben a Mars körüli pályán.
Ha igaz, akkor ezeknek az óriási bolygóknak a létezése megoldhatja a Naprendszer gáz óriásainak kialakulásáról folytatott vitát. A Naprendszer kialakulásáról legszélesebb körben elfogadott elmélet (azaz ködhipotézis) szerint a Nap és a bolygók egy gáz- és por ködből születtek. Miután ez a felhő közepette gravitációs összeomlást tapasztalt, amely a Napot hozta létre, a fennmaradó por és gáz a körülötte lemezen kiszáradt.
A Föld és a többi szárazföldi bolygó (Higany, Vénusz és Mars) a szilikát ásványok és fémek akkreditációjából közelebb álltak a Naphoz. Ami a gázipari óriásokat illeti, van néhány versengő elmélet arról, hogyan alakultak ki. Az egyik forgatókönyvben, amelyet a Core Accreed elméletnek neveznek, a gáz óriások is szilárd anyagokból kezdtek felhalmozódni (szilárd magot képezve), amelyek elég nagyok lettek ahhoz, hogy vonzzák a körüli gáz burkolatát.
Egy versengő magyarázat - a Lemez stabilitás elmélet néven ismert - állítja, hogy akkor alakultak ki, amikor a gáz és a por korongja spirális kar formálódott (hasonlóan egy galaxishoz). Ezeknek a fegyvereknek a tömege és a sűrűsége növekedni kezdett, és olyan csomókat képeztek, amelyek gyorsan összeolvadtak, hogy babagáz óriások alakuljanak ki. Számítási modellek segítségével Boss és munkatársai mindkét elméletet fontolóra vették, hogy megvizsgálják, képesek-e gáz óriások kialakulni egy olyan kis tömegű csillag körül, mint a TRAPPIST-1.
Míg a magjavulás nem valószínű, a Disk Stabilitás elmélete jelezte, hogy a TRAPPIST-1 és más kis tömegű vörös törp csillag körül gáz óriások alakulhatnak ki. Mint ilyen, ez a tanulmány elméleti keretet nyújt a gáz óriások létezéséhez vörös törpe csillagrendszerekben, amelyekről már ismert, hogy sziklás bolygók vannak. Ez minden bizonnyal biztató hír az exoplanet-vadászok számára, tekintettel arra, hogy a sziklás bolygók áradását késő vörös törpékkel keringtették.
A TRAPPIST-1 mellett ezek közé tartozik a Naprendszerhez legközelebbi exoplanet (Proxima b), valamint az LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b és Gliese 682c. De amint azt Boss is megjegyezte, ez a kutatás még gyerekcipőben jár, és még sok további kutatásra és vitára van szükség, mielőtt bármit meg lehet mondani. Szerencsére az ilyen tanulmányok hozzájárulnak az ilyen tanulmányok és megbeszélések kapujához.
"A TRAPPIST-1 körüli hosszú távú pályákon található gáz óriási bolygók megcáfolhatják az alapvető akkreditációs elméletet, de nem feltétlenül a lemez instabilitás elméletét" - mondta Boss. "Nagyon sok hely van a további vizsgálatokra az itt vizsgált hosszabb periódusú pályák és a hét ismert TRAPPIST-1 bolygó nagyon rövid pályája között."
Boss és csapata azt is állítják, hogy a CAPSCammal folytatott megfigyelések és az adatok elemzési folyamatának további finomításai felismerik a hosszú távú bolygót, vagy még szigorúbb korlátozást fognak okozni felső tömegkorlátjukra. És természetesen a következő generációs infravörös távcsövek, mint például a James Webb Űrtávcső, telepítése elősegíti a vörös törpe csillagok körüli gáz óriások vadászatát.
