Michael Gillon jest kierownikiem zespołu naukowców, który 2 maja ogłosił odkrycie trzech planet skalistych o rozmiarach Ziemi. Planety krążą w pobliżu ekostrefy wokół ultrachłodnego karła TRAPPIST-1 znajdującego się zaledwie 40 lat świetlnych od Słońca. Wstępne dane wskazują, że na powierzchni tych planet mogą występować warunki sprzyjające powstaniu życia. Michael pracuje w Instytucie Astrofizyki i Geofizyki na Uniwersytecie w Liege (Belgia).
Radek Kosarzycki: Michael! Przede wszystkim dziękuję, że znalazłeś chwilę czasu na rozmowę z Pulsem Kosmosu o swoim odkryciu. To chyba musi być naprawdę dobry dzień dla Ciebie?
Michael Guillon: Faktycznie! To dla mnie wspaniały dzień, ale przed nami jeszcze dużo ekscytującej pracy nad zgłębianiem szczegółów tego układu planetarnego oraz nad poszukiwaniem kolejnych.
Jak dotąd – dzięki obserwatoriom takim jak Kosmiczny Teleskop Kepler – znamy już ponad 2000 planet pozasłonecznych. Co więcej, co chwilę słyszymy o kolejnych potwierdzonych planetach i kolejnych kandydatach na planety. Dlaczego zatem układ planetarny TRAPPIST-1 jest tak wyjątkowy?
MG: Rzeczywiście. Przede wszystkim:
- po raz pierwszy udało się odkryć planety pozasłoneczne podobne rozmiarami i zakresem temperatur na powierzchni do Ziemi – planety, które z tego właśnie powodu mogą (przynajmniej teoretycznie) posiadać wodę w stanie ciekłym na powierzchni, a być może także być domem dla jakichś form życia, przynajmniej na jakimś obszarze swojej powierzchni. W przypadku tych planet jesteśmy w stanie zbadać skład chemiczny atmosfery przy wykorzystaniu aktualnie obecnej technologii, a nawet zauważyć występowanie chemicznych zaburzeń atmosfery o podłożu biologicznym;
- to także pierwsze potwierdzone planety krążące wokół 'ultrachłodnych karłów’ – to termin określający najmniejsze i najchłodniejsze gwiazdy we Wszechświecie. Na dodatek udało się odkryć nie jedną, a trzy planety na raz. To wskazuje, że powstawanie planet o rozmiarach Ziemi wokół tych niewielkich obiektów gwiazdowych – których liczba jest WIELOKROTNIE większa od liczby gwiazd podobnych do Słońca w Galaktyce – jest wydajnym procesem. To całkowicie nowa populacja planet. Całkiem możliwe, że jest to najliczniejsza grupa planet w Drodze Mlecznej.
Jeżeli w naszym gwiezdnym otoczeniu znajduje się tak wiele ultrachłodnych karłów, jakim cudem byliśmy w stanie wykryć tak wiele planet krążących wokół innych, dalszych gwiazd, zanim udało Wam się odkryć pierwsze planety wokół gwiazdy należącej do tak licznej populacji? Dlaczego znalezienie ich było tak trudne?
MG: Przed naszym odkryciem powszechna opinia w środowisku była taka, że wokół ultrachłodnych karłów, tj. najmniej masywnych gwiazd, oraz tzw. nieudanych gwiazd (brązowych karłów), może powstawać stosunkowo mało nieprzyjaznych dla życia planet, prawdopodobnie dużo mniejszych od Ziemi. Uważano, że nie warto ich szukać, bowiem i tak samo odkrywanie i badanie takich planet byłoby niezmiernie trudne. Faktycznie, ultrachłodne karły (takie jak TRAPPIST-1) to bardzo ciemne obiekty – nawet jeżeli znajdują się blisko nas – wymagające specjalnej strategii obserwacyjnej. A skoro na niebie mamy zaledwie około 1000 gwiazd tego typu, wystarczająco jasnych, aby można było wykryć i scharakteryzować hipotetycznie krążące wokół nich planety, musimy obserwować je po kolei za pomocą stosunkowo dużego teleskopu i kamery czułej w zakresie podczerwonym. Poszukiwanie planet wokół takich obiektów niesie za sobą wysokie ryzyko nieznalezienia niczego.
Wcześniejsze poszukiwanie egzoplanet, włącznie z najambitniejszymi, np. za pomocą teleskopu Kepler, pomijały obserwacje ultrachłodnych karłów i były zaprojektowane do obserwowania gorętszych i większych gwiazd, bardziej podobnych do Słońca. My natomiast zaryzykowaliśmy i postawiliśmy na to, że wokół ultrachłodnych karłów krąży mnóstwo przyjaznych dla życia planet o rozmiarach Ziemi – wbrew powszechnie panującej opinii o tego typu gwiazdach. Tak powstał projekt TRAPPIST oraz nasz jeszcze ambitniejszy projekt SPECULOOS, które były przygotowane specjalnie dla tego typu poszukiwań, a które wymagały innego osprzętu i innych strategii obserwacyjnych niż w przypadku dużych przeglądów prowadzonych za pomocą teleskopu Kepler. Okazało się, że było warto – i to jeszcze ZANIM rozpoczęliśmy projekt SPECULOOS, a już na etapie wstępnego projektu TRAPPIST, w ramach którego obserwowaliśmy jedynie 60 ultrachłodnych karłów. Wykrycie tego układu planetarnego w tak małej próbie gwiazd wskazuje, że mieliśmy rację: wokół ultrachłodnych karłów krąży mnóstwo egzo-Ziem!
Nasze odkrycie niesie za sobą dwa skutki: po pierwsze, wzmożenie wysiłków nastawionych na zbadanie wszystkich pobliskich ultrachłodnych karłów pod kątem występowania przy nich planet; po drugie, badanie tych planet, analizowanie składu chemicznego ich atmosfer i poszukiwanie oznak życia! Przed nami ekscytujące czasy!
Wspomniałeś świętego Graala wszystkich poszukiwaczy egzoplanet, czyli poszukiwanie życia we Wszechświecie. Jeżeli udało Wam się znaleźć trzy planety gdzieś w okolicach ekostrefy wokół gwiazdy, czy to działa na Twoją wyobraźnię, tzn. czy myślisz, że na którejś z tych planet faktycznie mogą występować warunki podobne do ziemskich? Przecież w Układzie Słonecznym także Wenus i Mars znajdują się w pobliżu ekostrefy, a mimo to nie ma tam warunków sprzyjających powstaniu życia. Informacja prasowa o Waszym odkryciu mówiła o odkryciu planet o temperaturach podobnych do Wenus i Ziemi, ale przecież wiemy, jak ogromna jest różnica temperatur między tymi dwoma planetami Układu Słonecznego. Jakich zatem temperatur oczekujecie na powierzchni planet odkrytych przez wasz zespół?
MG: 'Klasyczna’ ekostrefa wokół gwiazdy TRAPPIST-1 rozciąga się od 0,024 do 0,049 jednostki astronomicznej (1 jednostka astronomiczna, 1AU to średnia odległość Słońce-Ziemia, ok. 150 milionów kilometrów – przyp.red.).
Planety TRAPPIST-1b oraz c, znajdujące się bliżej gwiazdy niż ekostrefa, nie mogą sprzyjać życiu na całej swojej powierzchni, ale są wystarczająco chłodne, aby potencjalnie mogły sprzyjać powstawaniu życia na pewnych obszarach swojej powierzchni – na zachodnich obszarach nocnej półkuli.
TRAPPIST-1d natomiast może potencjalnie posiadać warunki sprzyjające życiu na całej powierzchni. Faktycznie na tych planetach fotony emitowane przez gwiazdę uderzają tylko w jedną półkulę planety. Wszystkie trzy planety krążące wokół TRAPPIST-1 najprawdopodobniej są w rotacji synchronicznej, tzn. że zawsze skierowane są tą samą stroną wokół gwiazdy – tak jak Księżyc zawsze skierowany jest tą samą stroną względem Ziemi. A to z kolei oznacza, że jedna półkula planety jest zawsze ciemna i dużo chłodniejsza od strony dziennej. Jeżeli atmosfera takiej planety jest bardzo gęsta, tak jak na Wenus, ciepło z dziennej strony z łatwością może być przenoszone na stronę nocną. W takim przypadku, wewnętrzne planety b i c, które nie znajdują się w „ekostrefie”, miałyby obie strony planety za gorące, aby mogła na niej występować woda w stanie ciekłym i jakiekolwiek życie. W takim wypadku woda całkowicie odparowałaby z powierzchni. Niemniej jednak, jeżeli atmosfera jest wystarczająco rzadka, dzienna strona planety może być chłodniejsza, temperatury na powierzchni dużo niższe – wystarczająco niskie, aby cała występująca tam woda znajdowała się w fazie stałej. Jeżeli faktycznie istnieje tam czapa lodowa, różne mechanizmy fizyczne mogą zapewniać występowanie długotrwałych zbiorników wody w stanie ciekłym na krawędzi i/lub pod czapą lodową. Dlatego właśnie nasza informacja prasowa mówiła o tym, że wszystkie trzy planety mogą posiadać warunki przyjazne dla życia. Chodziło o to, że na wszystkich trzech może występować woda w stanie ciekłym na pewnym obszarze powierzchni.
Co do TRAPPIST-1d, nawet jeżeli okaże się, że znajduje się ona na zewnątrz ekostrefy, wciąż może posiadać warunki przyjazne do powstania życia, jeżeli jest wystarczająco silnie ogrzewana przez oddziaływania pływowe ze strony gwiazdy. Klasyczna idea ekostrefy jest wyraźnie za wąska z astrobiologicznego punktu widzenia, przynajmniej w przypadku planet krążących wokół ultrachłodnych karłów.
Czy na tych planetach faktycznie występują warunki sprzyjające do powstania życia? Nie wiemy. Gwiazda macierzysta bardzo silnie emituje w zakresie promieniowania ultrafioletowego, dlatego też atmosfery planet ulegałyby stałej erozji i musiałoby istnieć jakieś źródło uzupełniania atmosfery, aby mogła przetrwać. Takim źródłem mogłyby być procesy odgazowywania powierzchni lub silna aktywność wulkaniczna podtrzymywana przez ogrzewanie pływowe. Aby to sprawdzić, musimy zbadać skład chemiczny atmosfer (jeżeli one w ogóle istnieją), najpierw za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, potem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i kolejnych teleskopów. To sprawia, że te planety są tak szczególne: okazuje się, że możemy je bardzo szczegółowo badać już za pomocą aktualnie dostępnych technologii!
Zważając na fakt, że przynajmniej dwie wewnętrzne planety znajdują się tak blisko gwiazdy macierzystej, jakie jest prawdopodobieństwo tego, że krążą one w rotacji synchronicznej?
MG: Niemal stuprocentowe. Tak samo jest zresztą w przypadku trzeciej planety.
Aktualnie trwają poszukiwania planety, która mogłaby krążyć wokół najbliższej nam gwiazdy – Proxima Centauri. De facto, właśnie teraz trwa analiza danych obserwacyjnych zebranych w ramach kampanii Pale Red Dot. Niemniej jednak wielu naukowców postuluje, że nawet jeżeli w ekostrefie wokół tej gwiazdy znajduje się jakaś planeta, jest ona wystawiona na niezwykle trudne warunki związane z wysoką aktywnością na powierzchni gwiazdy: rozbłyskami, wyrzutami masy itd. Czy tak samo jest w przypadku TRAPPIST-1? W jaki sposób te dwie gwiazdy różnią się od siebie pod względem aktywności?
MG: Proxima Centauri jest dużo aktywniejszą gwiazdą od TRAPPIST-1, dlatego też planeta krążąca wokół niej miałaby duży problem, aby utrzymać atmosferę, która nieustannie zdzierana jest przez silne promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe i naładowane cząsteczki (wiatr gwiezdny). Jednak teoretycznie jeżeli planeta charakteryzuje się wystarczająco silną magnetosferą i posiada źródło uzupełniania atmosfery, mogą nadal występować na niej warunki przyjazne dla życia, tak jak w przypadku planet krążących wokół TRAPPIST-1. Jednak to mogą nam powiedzieć tylko obserwacje! Jeżeli w ramach projektu Pale Red Dot uda się odkryć planetę krążącą wokół Proximy, będzie ona musiała przechodzić na tle tarczy swojej gwiazdy, abyśmy mogli ją szczegółowo badać. Jeżeli tak nie będzie, nie poznamy warunków panujących na jej powierzchni przez dziesięciolecia, a prawdopodobnie dużo dłużej…
Trzymam zatem kciuki za dalsze badania prowadzone przez Twój zespół i jeszcze raz dziękuję, że znalazłeś dla nas chwilę!
MG: Dziękuję i pozdrawiam.
Wywiad przeprowadzony 2 maja 2016 r.
Więcej o odkryciu planet wokół TRAPPIST-1 pisaliśmy także tutaj:
https://www.pulskosmosu.pl/2016/05/02/trzy-planety-typu-ziemskiego-odkryte-przy-pobliskiej-ultra-chlodnej-gwiezdzie/
https://www.pulskosmosu.pl/2016/07/21/pierwsze-badania-atmosfer-planet-skalistych-krazacych-wokol-trappist-1/
https://www.pulskosmosu.pl/2016/05/04/czy-na-planetach-krazacych-wokol-trappist-1-moze-byc-woda/