Як довго планети TRAPPIST-1 перебувають у житловій зоні?

Планети, що обертаються навколо TRAPPIST-1, перебувають на орбітах навколо своєї зірки набагато ближче, ніж до орбіти Землі. Однак, оскільки TRAPPIST-1 є крутим коричневим карликом, деякі планети знаходяться в "населеній зоні", де температура не була б надто екстремальною для життя, як ми це знаємо.

Цікаво, що ці планети перебувають у населеній зоні? На сторінці вікіпедії написано, що TRAPPIST-1 старший на 1 Gyr. Але скільки за той час це було крутим коричневим карликом?

Іншими словами, оскільки абіогенез життя та еволюція живих організмів залежать від часу, скільки часу життя мала шанс розвиватися в зоні проживання зорі?

З цього питання мене не хвилює хімія чи інші характеристики самих планет.

Світловість Trappist-1 оцінюється в , але це не завжди було таким.$5.25\times 10^{-4}\ L_{\odot}$

Світловість коричневого карлика зменшується з часом, і це вимірює світність (поряд із спектральним типом), що дозволяє оцінити масу та нижню межу віку, використовуючи зоряні еволюційні моделі.

Якщо я дивлюся на Baraffe та ін. (2015) еволюційні моделі з низькою масою та дивлячись на місце світності в порівнянні з часом для зірки як Trappist-1, можна побачити, що поточна світимість передбачає вік мільйонів років. Але якщо повернутись у часі, зірка була більш світиться, і з цієї причини планети, які зараз перебувають у житловій зоні (кажуть, що це планети e, f, g), у минулому не були такими.$0.08\ M_{\odot}$$\sim 500$

Деталі обчислення житлової зони (ГЗ) можуть бути складними, але в основному радіус заселеної зони масштабується як квадратний корінь світилості. Якщо планети d і h в даний час не знаходяться в ГЗ, то ми можемо використовувати їх як консервативне визначення межі ГЗ.

З цього (і використовуючи опубліковані орбітальні радіуси планет) я бачу, що якщо світність збільшується в 9 разів, то жодна з планет bg не знаходиться в ГЗ, вона більша за всі їх орбіти. Трапіст-1 мав світність, яка була в 9 разів більшою, коли вона була молодшою ​​за 27 мільйонів років. З іншого боку, якщо я хочу перемістити ГЗ лише за межами орбіти планети е (і одночасно включати планету h всередині HZ), то це станеться, коли Траппіст-1 був у віці 206 мільйонів років. Як підсумок, ви можете побачити з цієї конкретної моделі, що Trappist-1 може зникати ще одним фактором у два, коли він старіє. Це зменшується радіус ГЗ на коефіцієнт 1,41 і означав би, що g (і, можливо, f) буде виходити за межі ГЗ, тоді як d (і, можливо, c) потраплять у ГЗ.

Однак слід зазначити, що: різні моделі дають дещо різні результати, ці локуси залежать від маси, а маса не відома, це робиться з одних і тих же моделей, використовуючи оцінку температури (що також є невизначеним). Тому, хоча мої якісні висновки щодо минулого місця розташування ГЗ, ймовірно, будуть правильними (хоча детальні вікові номери залежать від моделі), подальша поведінка ГЗ є більш невизначеною, оскільки Траппіст-1 може бути дещо масивнішим, ніж припускається, і вже досягла мінімальної освітленості.

Еволюція світності Trappist-1, припускаючи масу та моделі Бараффе та ін. (2015). Горизонтальна пунктирна лінія є найкращою оцінкою його поточної світимості, для якої, наприклад, планети знаходяться в ГЗ. Якщо ми повернемось у часі, найправіша вертикальна пунктирна лінія позначає вік, нижче якого світність збільшується до того, що e стає занадто гарячим, щоб бути придатним для його проживання. Потім далі назад найлівіша вертикальна пунктирна лінія позначає точку, коли всі відомі на даний момент планети (bh) стають непридатними для життя.$0.08M_{\odot}$

Тож відповідь на ваше запитання є досить невизначеною і критично залежить від віку Траппіста-1 зараз, і звичайно, чи планети завжди були в орбітальних радіусах, вони зараз . Як видно із наведеного сюжету (зверніть увагу на логарифмічну шкалу на осі x), еволюція світимості, про яку було сказано вище, відбувається на початку. Якщо Траппіст-1 міг бути молодим лише 500 мільйонів років, то життя на планеті е могло бути можливим лише за 300 мільйонів років. Однак, якщо зірка трохи масивніша і їй 10 мільярдів років, то для життя було 9,8 мільярдів років.$^{*}$

Якщо ви говорите про планету f, то вона всередині ХЗ мала трохи більше ( млн. Років), а планета g трохи довше ( млн. Років). Планета h провела порівняно мало часу (в минулому), менше ніж кілька сотень мільйонів років, всередині ГЗ.$\sim +100$$\sim +70$

$^{*}$ Реферат статті відкриття Gillon et al. (2017) коротко обговорює можливість того, що планети мігрували всередину після формування, шляхом «дискової міграції». Якщо так, то це не змінить обговорення вище. Диск навколо дуже низьких масових зірок може бути тривалішим, ніж навколо зірок з більшою масою, але по суті розійшвся через мільйонів років ( Kennedy & Kenyon 2009 ; Dawson et al. 2013 ; Binks & Jeffries 2017 ), і планетарна конфігурація повинна була б бути влаштована там, де зараз є час, коли диск пішов.$\sim 10-20$