Vérvöröske és a hét törpe: hasonló összetételű lehet az összes kőzetbolygó a híres rendszerben

4837
Egy bolygó tömegéből és átmérőjéből megtudhatjuk a sűrűségét, amiből következtethetünk az összetételére. A kutatók most már a TRAPPIST-1 rendszer hét bolygójának sűrűségét tudják nagyobb pontossággal, mint bármely más bolygóét a Naprendszeren kívül. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A TRAPPIST-1 vörös törpecsillag rendszere a legnagyobb, földméretű bolygókat tartalmazó bolygórendszer, amit egyetlen csillag körül találtak. A Földtől nagyjából 40 fényévre lévő hét kőzetbolygó jó példa a Világegyetemben nyüzsgő bolygórendszerek óriási változatosságára.

A Planetary Science Journal című szaklapban nemrégiben közölt tanulmány szerint a TRAPPIST-1 bolygóinak feltűnően hasonló a sűrűségük. Ez azt jelentheti, hogy mindegyik nagyjából azonos arányban tartalmazza azokat az anyagokat, amelyekről úgy gondoljuk, hogy a legtöbb kőzetbolygót alkotják, például vasat, oxigént, magnéziumot és szilíciumot. Így azonban az arányuk merőben más, mint a Földön: a TRAPPIST-1 bolygóinak sűrűsége nagyjából 8%-al kisebb, mint akkor lenne, ha az összetételük megegyezne a Földével. A cikk szerzői ebből a következtetésből kiindulva számításba vettek több elképzelhető összetételt, amelyek a bolygók számított sűrűségével összhangban lehetnek.

A rendszer bolygói közül néhányat már 2016 óta ismerünk. Ekkor jelentették be három exobolygó felfedezését a TRAPPIST-1 csillag körül. A felfedezést a chilei TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) robottávcsővel tették. A NASA már nyugdíjazott Spitzer-űrtávcsövével és több földi teleszkóppal végzett későbbi megfigyelések megerősítették, hogy a két korábban felfedezett bolygó mellett még öt található a rendszerben. A Spitzer 2020. januári lekapcsolását megelőzően több mint 1000 órán át figyelte a rendszert. A Hubble-űrtávcső és a Kepler-űrtávcső is vizsgálta a bolygókat.

Művészi illusztráció a TRAPPIST-1 bolygóinak lehetséges kinézetéről a bolygók átmérője, tömege és a csillagtól való távolságuk alapján, a 2018 februárjában ismert adatok szerint. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A TRAPPIST-1 mind a hét bolygója olyan közel van a csillaghoz, hogy a Naprendszerben a Merkúr pályáján belülre esnének. Tranzitmódszerrel találták meg őket: a bolygók közvetlenül nem láthatók, mivel túl kicsik és túl halványak a csillaghoz képest, ezért a kutatók a csillag fényességcsökkenéseit keresik, amelyeket a csillag és a Föld között elhaladó bolygók idéznek elő.

A csillag fényességváltozásainak ismételt megfigyelései, valamint a bolygók keringési idejének kiszámítása lehetővé tette a csillagászok számára, hogy megbecsüljék a bolygók tömegét és átmérőjét, amiből aztán kiszámították a sűrűségüket. A korábbi számítások során megállapították, hogy a bolygók nagyjából akkora méretűek és tömegűek, mint a Föld, ezért kőzetbolygónak vagy földszerűnek kell lenniük, szemben a gázbolygókkal, mint amilyen a Jupiter és a Szaturnusz. Az új tanulmány az eddigi legpontosabb sűrűségmérésekkel szolgál az exobolygók körében.

Minél pontosabban ismerjük egy bolygó sűrűségét, annál pontosabb becsléseket tehetünk az összetételére. Gondoljunk bele: egy papírnehezék nagyjából akkora, mint egy baseball labda, de a tömege sokkal nagyobb annál. A mérete és a tömege alapján megbecsülhetjük egy tárgy sűrűségét, ez alapján pedig tudhatjuk, hogy a baseball labda könnyebb anyagból készült, mint a papírnehezék.

Naprendszerünk nyolc bolygójának sűrűsége nagyon eltérő. A felpuffadt gázóriások – a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz – nagyobbak, de sokkal kisebb a sűrűségük, mint a négy Föld típusú bolygóé, mivel főként könnyebb elemekből, például hidrogénből és héliumból állnak. Némiképp még ezeknek a bolygóknak a sűrűsége is eltér, mivel ez nemcsak a bolygó összetételétől, de a gravitációja okozta kompressziótól is függ. A gravitáció hatásának kivonásával a kutatók kiszámíthatják a bolygó sűrűségét a kompresszió hatása nélkül, így többet tudhatunk meg annak összetételéről.

Egy bolygó sűrűségét meghatározza az összetétele és a mérete: a gravitáció összepréseli az anyagát, amitől megnő a sűrűsége. A gravitációs kompresszió nélküli, számított sűrűség felfedheti, mennyiben hasonlít a különböző bolygók összetétele. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A TRAPPIST-1 rendszer hét bolygója hasonló sűrűségű: az értékek legfeljebb 3%-ban térnek el egymástól. Emiatt a rendszer kissé különbözik a Naprendszertől. A TRAPPIST-1 bolygóinak sűrűsége, valamint a Föld és Vénusz sűrűsége közötti különbség aprónak látszik – nagyjából 8% –, de bolygók esetében ez jelentős. A tanulmány szerint a TRAPPIST-1 rendszer bolygóinak sűrűsége azért kisebb, mert összetételük hasonló a Földéhez, de vasból kevesebbet tartalmaznak: nagyjából 21%-ot a Föld 32%-ához képest.

Az is elképzelhető, hogy a TRAPPIST-1 bolygóin lévő vashoz nagy mennyiségű oxigén kötődik, vas-oxidot (rozsdát) alkotva. A nagyobb mennyiségű oxigén csökkentené a bolygók sűrűségét. A Mars felszíne a vas-oxid miatt vöröses, de három kőzetbolygó társához hasonlóan a magja nem oxidált vasból áll. Ezzel szemben, ha a TRAPPIST-1 bolygóinak alacsonyabb sűrűségét teljes egészében az oxidált vas okozza, akkor nem lehet szilárd vasmagjuk.

Eric Agol (University of Washington), a kutatás vezetője szerint a válasz az lehet, hogy mindkét lehetőség fennáll: kevesebb a vas, és van némi vas-oxid is.

A kutatócsoport megvizsgálta azt is, hogy lehet-e víz a bolygók felszínén. A víz még könnyebb, mint a rozsda, így szintén változtathatna a sűrűségen. Ha ez lenne a helyzet, akkor a víz adná a külső négy bolygó tömegének nagyjából 5%-át. Összehasonlításképpen a víz a Föld tömegének alig 1 ezrelékét teszi ki.

Mivel túl közel vannak a csillagukhoz, hogy a víz folyékony maradjon rajtuk, a TRAPPIST-1 rendszer három belső bolygóját a Vénuszéhoz hasonló forró, sűrű légkör kell, hogy borítsa. A víz így vízgőzként a bolygón maradhat. Agol szerint azonban ez a magyarázat kevésbé valószínű, mivel furcsa véletlen lenne, ha a víz mind a hét bolygón csak olyan mennyiségben lenne jelen, hogy a sűrűségük éppen a számított nagyságú legyen.

A TRAPPIST-1 rendszer bolygóinak három lehetséges szerkezete. Minél pontosabban ismerjük egy bolygó sűrűségét, annál megalapozottabb elméleteket állíthatunk fel a belső szerkezetére vonatkozóan. Ebben az esetben a hét bolygónak hasonló a sűrűsége, így valószínűleg hasonló a szerkezetük is. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

„Az égbolt tele van bolygókkal, és csupán az elmúlt 30 évben kezdtük felfedni a titkaikat.” – mondta Caroline Dorn (University of Zurich), a tanulmány társszerzője. „A TRAPPIST-1 lenyűgöző, mert egyetlen rendszeren belül mutatja meg a kőzetbolygók sokféleségét.”

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás