ดาวเคราะห์ TRAPPIST-1 อยู่ในโซนที่เอื้ออาศัยได้นานแค่ไหน?

ดาวเคราะห์ที่โคจร TRAPPIST-1 อยู่ในวงโคจรรอบดาวฤกษ์ของพวกเขาที่อยู่ใกล้กว่าวงโคจรของโลก Sol อย่างไรก็ตามเนื่องจาก TRAPPIST-1 เป็นดาวแคระน้ำตาลเย็นดาวเคราะห์บางดวงจึงอยู่ใน "เขตที่อาศัยอยู่" ซึ่งอุณหภูมิจะไม่รุนแรงเกินไปสำหรับชีวิตอย่างที่เรารู้

สิ่งที่ฉันสงสัยคือดาวเคราะห์เหล่านั้นอยู่ในโซนที่อาศัยอยู่ได้นานแค่ไหน? หน้าวิกิพีเดียบอกว่า Trappist-1 เป็นที่มีอายุมากกว่า 1 Gyr แต่มันเป็นเวลานานเท่าไหร่ที่ดาวแคระน้ำตาลเย็น

กล่าวอีกนัยหนึ่งเนื่องจาก abiogenesis ของชีวิตและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตมีการพึ่งพาเวลาเวลาชีวิตมีโอกาสที่จะพัฒนาในโซนอาศัยของดาว?

สำหรับคำถามนี้ฉันไม่ได้กังวลเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีหรือลักษณะอื่น ๆ ของดาวเคราะห์

exoplanet trappist-1

— user151841
แหล่งที่มา

TRAPPIST-1 ก่อตัวขึ้นเป็นดาวแคระน้ำตาลเย็นและเป็นเช่นนั้นมาตลอดชีวิต สิ่งที่ถูกกล่าวว่าดาวเคราะห์ไม่เคยอยู่ในวงโคจรที่พวกเขาครอบครองอยู่ในขณะนี้

— Phiteros

TRAPPIST-1 เป็นดาวแคระแดงชนิด M มันไม่ใช่ดาวแคระน้ำตาล คำว่า "คนแคระที่เด็ดสุด ๆ " ครอบคลุมทั้งวัตถุชั้น M และ L ดังนั้นจึงไม่ จำกัด เฉพาะทั้งสองอย่าง

— HDE 226868

@Phiteros อุณหภูมิของดาวแคระน้ำตาลไม่ใช่ปัญหาหลัก (แม้ว่ามันจะอบอุ่นกว่าในอดีต) ปัญหาหลักคือการที่ส่องสว่างเป็นอย่างมากที่สูงกว่าในอดีตที่ผ่านมาเช่นว่าดาวเคราะห์ทั้งหมดอยู่ใกล้กว่าโซนอาศัยช่วงเวลาในอดีตที่ผ่านมา

— Rob Jeffries

@ HDE226868 เป็นไปไม่ได้ที่จะแยกแยะว่า Trappist-1 เป็นดาวแคระน้ำตาล มวลที่ยกมาเป็น

0.080 \pm 0.009 M_{⊙}

$0.080\pm 0.009 M_{\odot}$ ซึ่งทำให้มันเป็นดาวฤกษ์หรือดาวแคระน้ำตาล และฉันคิดว่าแถบข้อผิดพลาดนั้นมองโลกในแง่ดีอย่างน่าขัน

— Rob Jeffries

@RobJeffries ฉันขอโทษ; ฉันคิดว่ามันไม่ได้โดยอัตโนมัติ ฉันไม่เห็นอะไรเลยที่บอกว่ามันเป็นดาวแคระน้ำตาล

— HDE 226868

ความส่องสว่างของ Trappist-1 นั้นประมาณว่า $5.25\times 10^{-4}\ L_{\odot}$ แต่มันไม่ได้เป็นแบบนี้เสมอไป

ความส่องสว่างของดาวแคระน้ำตาลลดลงตามเวลาและนี่คือความส่องสว่างที่วัดได้ (พร้อมด้วยประเภทสเปกตรัม) ที่ช่วยให้การประมาณมวลและขีด จำกัด ต่ำลงไปตามอายุโดยใช้แบบจำลองวิวัฒนาการดาวฤกษ์

ถ้าฉันดูBaraffe และคณะ (2015)แบบจำลองวิวัฒนาการมวลต่ำและดูทีของความส่องสว่างเมื่อเทียบกับเวลาสำหรับ $0.08\ M_{\odot}$ ดาวเช่น Trappist-1 คุณจะเห็นได้ว่าความสว่างในปัจจุบันบ่งบอกถึงอายุ $\sim 500$ ล้านปี แต่ถ้าคุณย้อนเวลากลับไปดาวก็ส่องสว่างมากขึ้นและด้วยเหตุผลที่ดาวเคราะห์ที่มีอยู่ในปัจจุบันในเขตเอื้ออาศัย (กล่าวกันว่าเป็นดาวเคราะห์ E, F, G) ไม่เป็นเช่นนั้นในอดีตที่ผ่านมา

รายละเอียดของการคำนวณโซนที่อยู่อาศัยได้ (HZ) นั้นมีความซับซ้อน แต่โดยทั่วไปรัศมีของโซนที่อาศัยได้จะปรับขนาดเป็นรากที่สองของความส่องสว่าง หากดาวเคราะห์ d และ h ไม่ได้อยู่ใน HZ ดังนั้นเราสามารถใช้สิ่งเหล่านี้เป็นนิยามเชิงอนุรักษ์ของขอบเขต HZ

จากสิ่งนี้ (และการใช้รัศมีวงโคจรที่ตีพิมพ์ของดาวเคราะห์) ฉันสามารถเห็นได้ว่าหากความส่องสว่างเพิ่มขึ้นด้วยปัจจัย 9 แล้วไม่มีดาวเคราะห์ใด bg อยู่ใน HZ มันมีขนาดใหญ่กว่าวงโคจรของพวกมันทั้งหมด Trappist-1 มีความส่องสว่างที่ใหญ่ขึ้น 9 เท่าเมื่ออายุน้อยกว่า 27 ล้านปี ในทางตรงกันข้ามถ้าฉันต้องการย้าย HZ ออกไปนอกวงโคจรของดาวเคราะห์ e (และรวมถึงดาวเคราะห์ h ใน HZ) พร้อมกันสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อ Trappist-1 มีอายุ 206 ล้านปี เป็นความคิดขั้นสุดท้ายคุณสามารถเห็นได้จากโมเดลนี้ที่ Trappist-1 อาจจางหายไปด้วยปัจจัยอีกสองตัวเมื่ออายุมากขึ้น ลดลงนี้ รัศมี HZ โดยปัจจัย 1.41 และจะหมายความว่า g (และอาจ f) จะตกนอก HZ ในขณะที่ d (และอาจ c) จะถูกนำเข้าสู่ HZ

มันควรจะสังเกตเห็นว่า: แบบจำลองต่าง ๆ ให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันเล็กน้อย loci เหล่านี้ขึ้นอยู่กับมวลและมวลไม่เป็นที่รู้จักมันอนุมานจากแบบจำลองเดียวกันโดยใช้การประมาณอุณหภูมิ (ซึ่งก็ไม่แน่ใจเช่นกัน) ดังนั้นในขณะที่ข้อสรุปเชิงคุณภาพของฉันเกี่ยวกับตำแหน่งที่ผ่านมาของ HZ มีแนวโน้มที่จะถูกต้อง (แม้ว่าตัวเลขรายละเอียดจะขึ้นอยู่กับรุ่น) พฤติกรรมในอนาคตของ HZ มีความไม่แน่นอนมากขึ้นเนื่องจาก Trappist-1 อาจมีขนาดใหญ่กว่าแล้วถึงความสว่างต่ำสุด

วิวัฒนาการของความส่องสว่างของ Trappist-1 ซึ่งถือว่าเป็นจำนวนมาก $0.08M_{\odot}$ และแบบจำลองของ Baraffe et al. (2015) เส้นประแนวนอนทำเครื่องหมายการประมาณที่ดีที่สุดของความส่องสว่างปัจจุบันซึ่งดาวเคราะห์เช่นถูกกล่าวว่าอยู่ใน HZ หากเราย้อนเวลากลับไปเส้นประแนวตั้งที่อยู่ทางขวาสุดสุดจะแสดงอายุที่ด้านล่างซึ่งความส่องสว่างเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่อีร้อนเกินไปที่จะเป็นที่อยู่อาศัย จากนั้นย้อนกลับไปที่เส้นประแนวตั้งที่ซ้ายสุดทำเครื่องหมายจุดที่ดาวเคราะห์ที่รู้จักกันในปัจจุบัน (bh) ไม่สามารถอยู่อาศัยได้ทั้งหมด

ดังนั้นคำตอบสำหรับคำถามของคุณค่อนข้างแน่นอนและขึ้นอยู่กับช่วงอายุของ Trappist-1 ในตอนนี้และแน่นอนว่าดาวเคราะห์นั้นอยู่ในรัศมีวงโคจรที่พวกมันอยู่ตอนนี้หรือไม่ $^{*}$ . ดังที่คุณเห็นได้จากพล็อตด้านบน (สังเกตมาตราส่วนลอการิทึมบนแกน x) วิวัฒนาการของความส่องสว่างที่อ้างถึงข้างต้นจะเกิดขึ้น แต่เนิ่นๆ ถ้า Trappist-1 อาจอายุน้อยกว่า 500 ล้านปีแสดงว่าชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงนี้อาจมีความเป็นไปได้เพียง 300 ล้านปีเท่านั้น อย่างไรก็ตามถ้าดาวฤกษ์มีมวลมากขึ้นเล็กน้อยและมีอายุ 10 พันล้านปีชีวิตก็มีเวลา 9.8 พันล้านปีที่จะไป

หากคุณกำลังพูดถึงดาวเคราะห์ฉนั้นมันก็มีอีกต่อไปเล็กน้อย ( $\sim +100$ ล้านปี) ภายใน HZ และดาวเคราะห์ g อีกต่อไปเล็กน้อย ( $\sim +70$ ล้านปี) อีกครั้ง ดาวเคราะห์ h จะใช้เวลาค่อนข้างน้อย (ในอดีต) น้อยกว่าสองสามร้อยล้านปีใน HZ

$^{*}$ นามธรรมของรายงานการค้นพบโดยGillon และคณะ (2017)กล่าวถึงความเป็นไปได้สั้น ๆ ว่าดาวเคราะห์อพยพเข้ามาภายในหลังจากการก่อตัวผ่านกระบวนการ "การย้ายถิ่นด้วยแผ่นดิสก์" ถ้าเป็นเช่นนั้นสิ่งนี้จะไม่เปลี่ยนการสนทนาข้างต้น ดิสก์รอบดาวฤกษ์มวลต่ำมากอาจมีอายุยืนยาวกว่าดาวฤกษ์มวลสูง แต่อาจแยกย้ายกันไป $\sim 10-20$ ล้านปี ( เคนเนดี & เค็นยอน 2009 ; ดอว์สันและอัล 2013 ; Binks & เจฟฟรีส์ 2017 ) และการกำหนดค่าของดาวเคราะห์จะต้องถูกตัดสินว่ามันอยู่ที่ไหนในเวลาที่แผ่นดิสก์หายไป

— Rob Jeffries
แหล่งที่มา

ถ้าฉันเข้าใจถูกต้องบทความก็โพสต์ว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นในตอนแรก ผ่านเส้นน้ำค้างแข็งสำหรับดาวในเวลานั้น พวกเขาก็ย้ายเข้าด้านใน นั่นทำให้การพิจารณาว่าเมื่อใดก็ตามที่ดาวเคราะห์อยู่ใน HZ ในเวลานั้นยากยิ่งขึ้น แม้ว่าฉันจะไม่คุ้นเคยกับบทความและผลลัพธ์เพียงพอที่จะทราบว่าแบบจำลองของพวกเขามีรายละเอียดเฉพาะที่เพียงพอเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่ผ่านมาที่อาจเกิดขึ้นของระบบเพื่อให้เราทำการประเมินที่สมเหตุสมผล

— zibadawa timmy

@zibadawatimmy กลไกที่มีการระบุไว้คือการย้ายข้อมูลภายในโดยใช้ดิสก์ ถ้าเป็นเช่นนั้นเมื่ออายุการใช้งานดิสก์รอบดาวมวลต่ำเป็น <10 Myr ดังนั้นมันจะไม่ส่งผลต่อข้อสรุปใด ๆ

— Rob Jeffries