La symétrie orbitale limite l’arrivée tardive de l’eau sur les planètes TRAPPIST-1.

Illustration montrant à quoi pourrait ressembler le système TRAPPIST-1 depuis un point d’observation près de la planète TRAPPIST-1f (à droite). Crédit : NASA/JPL-Caltech

Sept planètes de la taille de la Terre orbitent autour de l’étoile TRAPPIST-1 dans une harmonie presque parfaite, et des chercheurs américains et européens ont utilisé cette harmonie pour déterminer à quel point les planètes en herbe peuvent supporter les abus physiques.


« Après, après planètes rocheuses « La forme, les choses écrasent », a déclaré l’astrophysicien Sean Raymond de l’Université de Bordeaux en France. C’est ce qu’on appelle un bombardement ou une accumulation retardée, et nous nous en soucions, en partie parce que ces effets peuvent être une source importante d’eau et éléments volatils qui améliorent la vie.

Dans une étude disponible en ligne aujourd’hui sur la nature de l’astronomie Raymond et ses collègues de l’Université Rice avec un financement de la NASA planètes fendues Le projet et sept autres institutions ont utilisé un modèle informatique de l’étape de bombardement pour former des planètes en TRAPPISTE-1 explorer ses propres reliques planètes Peut résister sans désharmonie.

Décrypter l’histoire de l’influence planétaire est difficile dans notre pays système solaire Et cela pourrait ressembler à une tâche sans espoir dans des systèmes à des années-lumière, a déclaré Raymond.

« Sur Terre, nous pouvons mesurer certains types d’éléments et les comparer à des météorites », a déclaré Raymond. « C’est ce que nous faisons pour essayer de comprendre combien de choses ont frappé la Terre après qu’elle se soit principalement formée. »

Mais ces outils n’existent pas pour étudier le bombardement d’exoplanètes.

« Nous n’obtiendrons jamais les pierres d’eux », a-t-il déclaré. « Nous ne verrons jamais de cratères dessus. Alors que pouvons-nous faire? C’est là qu’intervient la configuration orbitale spéciale de TRAPPIST-1. C’est une sorte de levier que nous pouvons tirer pour mettre une limite à cela. »

TRAPPIST-1, à 40 années-lumière, est beaucoup plus petit et plus froid que notre Soleil. Ses planètes sont nommées par ordre alphabétique de b à h selon leur distance à l’étoile. Le temps nécessaire pour effectuer une orbite autour de l’étoile – l’équivalent d’un an sur Terre – est de 1,5 jour sur la planète B et de 19 jours sur la planète H. Remarquablement, hum Les périodes tropicales sont des ratios presque parfaits, disposition des tons Rappelant les notes harmonieuses. Par exemple, tous les huit « ans » sur la planète B, cinq passent sur la planète C, trois sur la planète D, deux sur la planète E et ainsi de suite.

« Nous ne pouvons pas quantifier la quantité de choses qui ont frappé l’une de ces planètes, mais en raison de cette configuration de résonance particulière, nous pouvons lui imposer une limite supérieure », a déclaré Raymond. « Nous pouvons dire : « Ça ne peut pas être plus que ça. » Et cette limite supérieure s’avère plutôt petite.

« Nous avons découvert qu’après la formation de ces planètes, elles n’ont été bombardées qu’avec une très petite quantité de choses », a-t-il déclaré. « C’est plutôt cool. C’est une information intéressante quand on pense à d’autres aspects des planètes du système. »

Les planètes se développent dans des disques protoplanétaires de gaz et de poussière autour des étoiles nouvellement formées. Ces disques ne durent que quelques millions d’années, et Raymond a déclaré que des recherches antérieures ont montré que des chaînes résonnantes de planètes comme TRAPPIST-1 se forment lorsque de jeunes planètes migrent près de leur étoile avant que le disque ne disparaisse. Des modèles informatiques ont montré que les disques peuvent faire résonner les planètes. Raymond a dit qu’il pense que les cordes résonantes comme TRAPPIST-1 doivent être réglées avant que leurs disques ne disparaissent.

Le résultat est que les planètes TRAPPIST-1 se sont formées rapidement, en environ un dixième du temps qu’il a fallu à la Terre pour se former, a déclaré Andrei Isidoro, co-auteur de l’étude de Rice, astrophysicien et boursier postdoctoral à Clever Planets.

CLEVER Planets, dirigé par le co-auteur de l’étude Rajdeep Dasgupta, professeur Maurice Ewing des sciences des systèmes terrestres à Rice, explore les moyens par lesquels les planètes peuvent acquérir les éléments nécessaires à la vie. Dans des études précédentes, Dasgupta et ses collègues de Clever Planets ont montré une grande partie de la planète Terre Les éléments volatils provenaient de l’impact qui a formé la lune.

« Si une planète se formait très tôt et était très petite, comme la masse de la Lune ou de Mars, elle ne serait pas en mesure de collecter autant de gaz du disque », a déclaré Dasgupta. « Une telle planète a également une chance beaucoup plus faible d’acquérir les éléments volatils nécessaires à la vie grâce à un bombardement tardif. »

Cela se serait produit pour la Terre, a déclaré Isidoro, qui a gagné la majeure partie de sa masse relativement tard, y compris environ 1% des impacts après la collision de formation de la lune.

« Nous savons que la Terre a eu au moins un impact géant après la disparition du gaz (dans le disque protoplanétaire) », a-t-il déclaré. « C’était un événement de formation de la lune.

« Pour le système TRAPPIST-1, nous avons ces planètes de la masse terrestre qui se sont formées tôt », a-t-il déclaré. « Donc, une différence potentielle, par rapport à la composition de la Terre, est qu’ils pourraient avoir, dès le départ, une atmosphère d’hydrogène et n’avoir jamais connu d’effet géant tardif. Et cela pourrait changer beaucoup d’évolution par rapport à l’intérieur de la Terre. planète, le dégazage et les pertes fluctuantes, et d’autres choses qui ont des implications pour l’habitabilité. »

Raymond a déclaré que l’étude de cette semaine avait des implications non seulement pour l’étude d’autres systèmes planétaires résonants, mais aussi pour les systèmes d’exoplanètes les plus courants qui auraient commencé comme des systèmes résonants.

« Les super-Terres et les sous-Neptunes sont abondantes autour d’autres étoiles, et l’idée dominante est qu’elles ont migré vers l’intérieur pendant la phase gazeuse du disque et se sont probablement produites à un stade ultérieur des collisions », a déclaré Raymond. « Mais à ce stade précoce, alors qu’ils migraient vers l’intérieur des terres, nous pensons qu’ils ont à peu près – probablement globalement – traversé une phase où ils étaient des structures séquentielles résonantes comme TRAPPIST-1. Ils n’ont pas survécu. Ils ont fini par devenir instables plus tard . »

Isidoro a déclaré que l’une des contributions majeures de l’étude pourrait survenir dans des années, après que la NASA Télescope spatial James WebbObservatoire Européen Austral très grand télescope D’autres instruments permettent aux astronomes d’observer directement les atmosphères des exoplanètes.

« Nous avons aujourd’hui des limitations sur la formation de ces planètes, telles que la quantité d’eau qu’elles peuvent avoir », a déclaré Isidoro à propos des planètes qui se forment lors de la phase de migration résonnante. « Mais nous avons de très grosses barres d’erreur. »

À l’avenir, les observations limiteront mieux la formation interne des exoplanètes, et la connaissance de l’histoire du bombardement tardif des planètes résonantes pourrait être très utile.

« Par exemple, si l’une de ces planètes contient beaucoup d’eau, disons 20% en masse, alors l’eau doit avoir été incorporée aux planètes très tôt, pendant la phase gazeuse », a-t-il déclaré. « Vous devez donc comprendre le genre de processus qui pourrait amener cette eau sur cette planète. »

Les co-auteurs supplémentaires de l’étude incluent Emeline Polmont et Martin Turbet de l’Université de Genève, Caroline Dorn de l’Université de Zurich, Frank Celsis de l’Université Purdue, Eric Agul de l’Université de Washington et Patrick Barth de l’Université de St Andrews. Ludmila Karon de l’Institut Max Planck d’Astronomie à Heidelberg, Allemagne, Michael Gillon de l’Université de Liège et Simon Grimm de l’Université de Berne.


Planéité orbitale des systèmes planétaires


Plus d’information:
Sean Raymond, Limite supérieure d’accumulation tardive et de conduction de l’eau dans le système d’exoplanètes TRAPPIST-1, astronomie naturelle (2021). DOI : 10.1038 / s41550-021-01518-6. www.nature.com/articles/s41550-021-01518-6

Introduction de
Université du riz

la citation: Orbital Harmony Limits Late Arrivals of Water on TRAPPIST-1 Planets (2021, 25 novembre) Extrait le 26 novembre 2021 de https://phys.org/news/2021-11-orbital-harmony-limits-late-trappist-. html

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