Sự hài hòa quỹ đạo hạn chế sự đến muộn của nước trên các hành tinh TRAPPIST-1

Sự hài hòa quỹ đạo hạn chế sự đến muộn của nước trên các hành tinh TRAPPIST-1

Hình minh họa cho thấy hệ thống TRAPPIST-1 có thể trông như thế nào từ một vị trí thuận lợi gần hành tinh TRAPPIST-1f (bên phải). Nhà cung cấp hình ảnh: NASA / JPL-Caltech

Bảy hành tinh có kích thước bằng Trái đất quay quanh ngôi sao TRAPPIST-1 trong sự hài hòa gần như hoàn hảo và các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ và châu Âu đã sử dụng sự hòa hợp đó để xác định mức độ lạm dụng vật chất mà các hành tinh có thể phải chịu đựng trong thời kỳ sơ sinh.

Nhà vật lý thiên văn Sean Raymond của Đại học Bordeaux ở Pháp cho biết: “Sau khi các hành tinh đá hình thành, mọi thứ sẽ đâm vào chúng. “Nó được gọi là bắn phá, hay bồi tụ muộn, và chúng tôi quan tâm đến nó, một phần vì những tác động này có thể là nguồn cung cấp nước quan trọng và các yếu tố dễ bay hơi nuôi dưỡng sự sống.”

Trong một nghiên cứu có sẵn trực tuyến ngày hôm nay tại Thiên văn học Tự nhiên, Raymond và các đồng nghiệp từ dự án CLEVER Planets của Đại học Rice do NASA tài trợ và bảy tổ chức khác đã sử dụng một mô hình máy tính về giai đoạn bắn phá của quá trình hình thành hành tinh trong TRAPPIST-1 để khám phá những tác động mà các hành tinh của nó có thể chịu đựng mà không bị loại khỏi sự hài hòa.

Raymond cho biết, giải mã lịch sử tác động của các hành tinh là một việc khó khăn trong hệ mặt trời của chúng ta và có vẻ như là một nhiệm vụ vô vọng đối với các hệ thống cách chúng ta vài năm ánh sáng.

Raymond nói: “Trên Trái đất, chúng tôi có thể đo một số loại nguyên tố nhất định và so sánh chúng với các thiên thạch. “Đó là những gì chúng tôi làm để cố gắng tìm ra bao nhiêu thứ đã va vào Trái đất sau khi nó gần như được hình thành.”

Nhưng những công cụ đó không tồn tại để nghiên cứu sự bắn phá trên các hành tinh ngoài hành tinh.

“Chúng tôi sẽ không bao giờ nhận được đá từ họ,” ông nói. “Chúng tôi sẽ không bao giờ nhìn thấy miệng núi lửa trên chúng. Vậy chúng tôi có thể làm gì? Đây là nơi cấu hình quỹ đạo đặc biệt của TRAPPIST-1 xuất hiện. Đó là một loại đòn bẩy mà chúng tôi có thể kéo để đặt giới hạn cho điều này.”

TRAPPIST-1, cách chúng ta khoảng 40 năm ánh sáng, nhỏ hơn và mát hơn rất nhiều so với mặt trời của chúng ta. Các hành tinh của nó được đặt tên theo thứ tự bảng chữ cái từ b đến h theo thứ tự khoảng cách của chúng từ ngôi sao. Thời gian cần thiết để hoàn thành một quỹ đạo quanh ngôi sao – tương đương với một năm trên Trái đất – là 1,5 ngày trên hành tinh b và 19 ngày trên hành tinh h. Đáng chú ý, các chu kỳ quỹ đạo của chúng tạo thành các tỷ lệ gần như hoàn hảo, một sự sắp xếp cộng hưởng gợi nhớ đến các nốt nhạc hài hòa. Ví dụ, cứ tám “năm” trên hành tinh b, năm lần đi qua trên hành tinh c, ba lần trên hành tinh d, hai lần trên hành tinh e, v.v.

Raymond nói: “Chúng tôi không thể nói chính xác có bao nhiêu thứ đã tác động vào bất kỳ hành tinh nào trong số này, nhưng do cấu hình cộng hưởng đặc biệt này, chúng tôi có thể đặt giới hạn trên cho nó”. “Chúng ta có thể nói, ‘Nó không thể hơn thế này.’ Và nó chỉ ra rằng giới hạn trên thực sự là khá nhỏ.

Ông nói: “Chúng tôi phát hiện ra rằng sau khi những hành tinh này hình thành, chúng không bị bắn phá bởi một lượng rất nhỏ. “Điều đó thật tuyệt. Đó là thông tin thú vị khi chúng ta đang nghĩ về các khía cạnh khác của các hành tinh trong hệ thống.”

Các hành tinh phát triển trong các đĩa tiền hành tinh gồm khí và bụi xung quanh các ngôi sao mới hình thành. Những chiếc đĩa này chỉ tồn tại vài triệu năm và Raymond cho biết nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chuỗi cộng hưởng của các hành tinh giống như dạng TRAPPIST-1 khi các hành tinh trẻ di chuyển đến gần ngôi sao của chúng hơn trước khi đĩa biến mất. Các mô hình máy tính đã cho thấy đĩa có thể chăn dắt các hành tinh thành cộng hưởng. Raymond cho biết người ta tin rằng các chuỗi cộng hưởng như TRAPPIST-1 phải được thiết lập trước khi đĩa của chúng biến mất.

Kết quả là các hành tinh của TRAPPIST-1 được hình thành nhanh, trong khoảng 1/10 thời gian Trái đất hình thành, Andre Izidoro, đồng tác giả nghiên cứu của Rice, Andre Izidoro, một nhà vật lý thiên văn và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của CLEVER Planets, cho biết.

CLEVER Planets, được dẫn đầu bởi đồng tác giả nghiên cứu Rajdeep Dasgupta, Giáo sư Khoa học Hệ thống Trái đất Maurice Ewing tại Rice, đang khám phá cách các hành tinh có thể có được các yếu tố cần thiết để hỗ trợ sự sống. Trong các nghiên cứu trước đây, Dasgupta và các đồng nghiệp tại CLEVER Planets đã chỉ ra một phần đáng kể các nguyên tố dễ bay hơi của Trái đất đến từ vụ va chạm hình thành mặt trăng.

Dasgupta nói: “Nếu một hành tinh hình thành sớm và quá nhỏ, giống như khối lượng của mặt trăng hoặc sao Hỏa, nó không thể tích tụ nhiều khí từ đĩa”. “Một hành tinh như vậy cũng có ít cơ hội hơn để thu được các nguyên tố bay hơi cần thiết cho sự sống thông qua các cuộc bắn phá muộn.”

Izidoro nói rằng đó sẽ là trường hợp của Trái đất, nó đạt được phần lớn khối lượng của nó tương đối muộn, bao gồm khoảng 1% từ các tác động sau vụ va chạm hình thành mặt trăng.

Ông nói: “Chúng tôi biết Trái đất đã có ít nhất một vụ va chạm khổng lồ sau khi khí (trong đĩa tiền hành tinh) biến mất. “Đó là sự kiện hình thành mặt trăng.

Ông nói: “Đối với hệ thống TRAPPIST-1, chúng ta có những hành tinh có khối lượng Trái đất này đã hình thành sớm. “Vì vậy, một sự khác biệt tiềm tàng, so với sự hình thành của Trái đất, là chúng có thể có, ngay từ đầu, một số khí quyển hydro và chưa bao giờ trải qua một vụ va chạm khổng lồ muộn. Và điều này có thể thay đổi rất nhiều sự tiến hóa về bên trong của hành tinh, lượng khí thải ra ngoài, mất mát dễ bay hơi và những thứ khác có liên quan đến khả năng sinh sống. “

Raymond cho biết nghiên cứu tuần này không chỉ có ý nghĩa đối với việc nghiên cứu các hệ hành tinh cộng hưởng khác, mà còn đối với các hệ thống ngoại hành tinh phổ biến hơn được cho là đã bắt đầu như là các hệ thống cộng hưởng.

Raymond nói: “Siêu Trái đất và sao Hải vương có rất nhiều xung quanh các ngôi sao khác, và ý tưởng chủ yếu là chúng di chuyển vào bên trong trong giai đoạn đĩa khí đó và sau đó có thể có một giai đoạn va chạm muộn. “Nhưng trong giai đoạn đầu đó, khi chúng di cư vào bên trong, chúng tôi nghĩ rằng chúng khá nhiều – có thể là phổ biến – đã có một giai đoạn mà chúng là cấu trúc chuỗi cộng hưởng như TRAPPIST-1. Chúng không tồn tại được. Cuối cùng chúng sẽ không ổn định về sau trên.”

Izidoro cho biết một trong những đóng góp lớn của nghiên cứu có thể đến vài năm nữa, sau khi Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA, Kính viễn vọng Cực lớn của Đài quan sát Nam Âu và các thiết bị khác cho phép các nhà thiên văn quan sát trực tiếp bầu khí quyển ngoại hành tinh.

Izidoro nói về các hành tinh hình thành trong một giai đoạn cộng hưởng, di cư: “Chúng ta có một số ràng buộc ngày nay đối với thành phần của các hành tinh này, chẳng hạn như lượng nước mà chúng có thể có. “Nhưng chúng tôi có những thanh lỗi rất lớn.”

Trong tương lai, các quan sát sẽ hạn chế tốt hơn thành phần bên trong của các hành tinh ngoài hành tinh, và biết được lịch sử bắn phá muộn của các hành tinh cộng hưởng có thể cực kỳ hữu ích.

Ông nói: “Ví dụ, nếu một trong những hành tinh này có nhiều nước, giả sử là 20% khối lượng, thì nước phải được kết hợp vào các hành tinh sớm, trong giai đoạn khí,” ông nói. “Vì vậy, bạn sẽ phải hiểu loại quá trình nào có thể mang nước này đến hành tinh này.”

Các đồng tác giả của nghiên cứu bổ sung bao gồm Emeline Bolmont và Martin Turbet của Đại học Geneva, Caroline Dorn của Đại học Zurich, Franck Selsis của Đại học Bordeaux, Eric Agol của Đại học Washington, Patrick Barth của Đại học St. Andrews , Ludmila Carone của Viện Max Planck về Thiên văn học ở Heidelberg, Đức, Michael Gillon của Đại học Liège và Simon Grimm của Đại học Bern.


Độ phẳng quỹ đạo của các hệ hành tinh


Thêm thông tin:
Sean Raymond, Giới hạn trên về sự bồi tụ muộn và phân phối nước trong hệ thống ngoại hành tinh TRAPPIST-1, Thiên văn học Tự nhiên (Năm 2021). DOI: 10.1038 / s41550-021-01518-6. www.nature.com/articles/s41550-021-01518-6

Cung cấp bởi Đại học Rice

Trích dẫn: Sự hài hòa quỹ đạo giới hạn sự đến muộn của nước trên các hành tinh TRAPPIST-1 (2021, ngày 25 tháng 11) được truy xuất ngày 25 tháng 11 năm 2021 từ https://phys.org/news/2021-11-orbital-harmony-limits-late-trappist-.html

Tai liệu nay la chủ thể để co quyên tac giả. Ngoài bất kỳ giao dịch công bằng nào cho mục đích học tập hoặc nghiên cứu cá nhân, không có phần nào được sao chép mà không có sự cho phép bằng văn bản. Nội dung được cung cấp chỉ phục vụ cho mục đích thông tin.

Bạn cũng có thể thích

Menu