Wie lange befinden sich die TRAPPIST-1-Planeten in einer bewohnbaren Zone?

Die Planeten, die TRAPPIST-1 umkreisen, befinden sich in Umlaufbahnen um ihren Stern viel näher als die Erdumlaufbahnen Sol. Da TRAPPIST-1 jedoch ein kühler Brauner Zwerg ist, befinden sich einige der Planeten in einer "bewohnbaren Zone", in der die Temperatur für das Leben, wie wir es kennen, nicht zu extrem wäre.

Ich frage mich, wie lange sind diese Planeten schon in einer bewohnbaren Zone? Die Wikipedia-Seite sagt, dass TRAPPIST-1 älter als 1 Gyr ist. Aber wie viel Zeit war es ein cooler brauner Zwerg?

Mit anderen Worten, da die Abiogenese des Lebens und die Entwicklung lebender Organismen von der Zeit abhängig sind, wie viel Zeit hatte das Leben eine Chance, sich in der bewohnbaren Zone des Sterns zu entwickeln?

Bei dieser Frage geht es mir nicht um die Chemie oder andere Eigenschaften der Planeten selbst.

Die Leuchtkraft von Trappist-1 wird auf geschätzt , aber das war nicht immer so.$5.25\times 10^{-4}\ L_{\odot}$

Die Leuchtkraft eines Braunen Zwergs nimmt mit der Zeit ab und diese gemessene Leuchtkraft (zusammen mit dem Spektraltyp) ermöglicht eine Schätzung der Masse und eine Untergrenze des Alters unter Verwendung von Sternentwicklungsmodellen.

Wenn ich mir die Baraffe et al. (2015) Evolutionsmodelle mit geringer Masse und ein Blick auf den Ort der Leuchtkraft gegenüber der Zeit für einen Stern wie Trappist-1 zeigt, dass die aktuelle Leuchtkraft ein Alter von Millionen Jahren impliziert . Wenn Sie jedoch in die Vergangenheit reisen , war der Stern leuchtender und aus diesem Grund waren Planeten, die sich derzeit in der bewohnbaren Zone befinden (angeblich Planeten e, f, g), in der Vergangenheit nicht so. ~ $0.08\ M_{\odot}$$\sim 500$

Die Details einer Berechnung der bewohnbaren Zone (HZ) können komplex sein, aber im Grunde genommen skaliert der Radius der bewohnbaren Zone als Quadratwurzel der Leuchtkraft. Wenn sich die Planeten d und h derzeit nicht in der HZ befinden, können wir diese als konservative Definition der HZ-Grenze verwenden.

Daraus (und unter Verwendung der veröffentlichten Umlaufradien der Planeten) kann ich erkennen, dass, wenn die Leuchtkraft um den Faktor 9 erhöht wird, keiner der Planeten bg in der HZ ist, sie größer ist als alle ihre Umlaufbahnen. Trappist-1 hatte eine 9-mal größere Leuchtkraft, als er jünger als 27 Millionen Jahre war. Wenn ich andererseits die HZ direkt außerhalb der Umlaufbahn des Planeten e bewegen möchte (und gleichzeitig den Planeten h innerhalb der HZ einschließen möchte), würde dies auftreten, wenn Trappist-1 im Alter von 206 Millionen Jahren war. Als letzter Gedanke können Sie an diesem speziellen Modell erkennen, dass Trappist-1 mit zunehmendem Alter um den Faktor zwei verblassen kann. Dies nimmt ab der HZ-Radius um den Faktor 1,41 und würde bedeuten, dass g (und möglicherweise f) außerhalb der HZ fallen würde, während d (und möglicherweise c) in die HZ gebracht würden.

Es ist jedoch zu beachten, dass: verschiedene Modelle leicht unterschiedliche Ergebnisse liefern, diese Loci massenabhängig sind und die Masse nicht bekannt ist. Sie wird aus denselben Modellen unter Verwendung einer Temperaturschätzung abgeleitet (was ebenfalls ungewiss ist). Während meine qualitativen Schlussfolgerungen über den früheren Standort der HZ wahrscheinlich korrekt sind (obwohl die detaillierten Alterszahlen modellabhängig sind), ist das zukünftige Verhalten der HZ unsicherer, da Trappist-1 möglicherweise etwas massiver ist als angenommen und hat bereits seine minimale Leuchtkraft erreicht.

Die Leuchtkraftentwicklung von Trappist-1 unter der Annahme einer Masse von und die Modelle von Baraffe et al. (2015). Die horizontale gestrichelte Linie markiert die beste Schätzung ihrer aktuellen Leuchtkraft, für die sich Planeten beispielsweise in der HZ befinden sollen. Wenn wir in der Zeit zurückgehen, markiert die am weitesten rechts stehende vertikale gestrichelte Linie das Alter, unter dem die Leuchtkraft bis zu dem Punkt ansteigt, an dem e zu heiß wird, um bewohnbar zu sein. Weiter hinten markiert die vertikale gestrichelte Linie ganz links den Punkt, an dem alle derzeit bekannten Planeten (bh) unbewohnbar werden.$0.08M_{\odot}$

Die Antwort auf Ihre Frage ist also ziemlich ungewiss und hängt entscheidend vom Alter von Trappist-1 ab und natürlich davon, ob sich die Planeten immer in den Umlaufradien befanden, die sie jetzt sind . Wie Sie dem obigen Diagramm entnehmen können (beachten Sie die logarithmische Skala auf der x-Achse), findet die oben erwähnte Leuchtkraftentwicklung frühzeitig statt. Wenn Trappist-1 nur 500 Millionen Jahre alt sein könnte, wäre das Leben auf dem Planeten e möglicherweise nur 300 Millionen Jahre lang möglich gewesen. Wenn der Stern jedoch etwas massereicher und 10 Milliarden Jahre alt ist, hat das Leben 9,8 Milliarden Jahre Zeit, um in Gang zu kommen.$^{*}$

Wenn Sie über den Planeten f sprechen, dann hatte er im HZ etwas länger ( Millionen Jahre) und der Planet g wieder etwas länger ( Millionen Jahre). Planet h wird (in der Vergangenheit) vergleichsweise wenig Zeit, weniger als einige hundert Millionen Jahre, in der HZ verbracht haben.∼ + $\sim +100$$\sim +70$

∼10-$^{*}$ Die Zusammenfassung des Entdeckungspapiers von Gillon et al. (2017) diskutiert kurz die Möglichkeit, dass die Planeten nach der Bildung durch einen Prozess der "scheibengetriebenen Migration" nach innen wanderten . Wenn ja, dann wird dies nicht ändern , um die Diskussion über. Scheiben um Sterne mit sehr geringer Masse sind möglicherweise längerlebig als solche um Sterne mit höherer Masse, haben sich jedoch nach Millionen Jahren im Wesentlichen zerstreut ( Kennedy & Kenyon 2009 ; Dawson et al. 2013 ; Binks & Jeffries 2017 ) Die Planetenkonfiguration müsste dort festgelegt werden, wo sie sich jetzt befindet, wenn die Scheibe verschwunden ist.$\sim 10-20$