TRAPPIST-1 gezegenleri ne kadar süredir yaşanabilir bir bölgede?

TRAPPIST-1'in etrafında dönen gezegenler yıldızlarının etrafında Dünya'nın yörüngesinde Sol'dan daha yakındırlar. Bununla birlikte, TRAPPIST-1 serin kahverengi bir cüce olduğundan, bazı gezegenler sıcaklığın bildiğimiz gibi yaşam için çok aşırı olmayacağı bir "yaşanabilir bölge" dir.

Merak ettiğim şey, bu gezegenlerin yaşadığı bölgede ne kadar süredir var? Wikipedia sayfası Trappist-1 1 Gyr daha yaşlı olduğunu söylüyor. Ancak, o zamanın ne kadarı serin kahverengi bir cüce oldu?

Başka bir deyişle, yaşamın abiogenezi ve canlı organizmaların evrimi zamana bağımlı olduğundan, yıldızın yaşanabilir bölgesinde yaşamın gelişme şansı ne kadar olmuştur?

Bu soru için, gezegenlerin kimyası veya diğer özellikleri ile ilgilenmiyorum.

Trappist-1'in parlaklığının $5.25\times 10^{-4}\ L_{\odot}$, ama her zaman böyle olmadı.

Kahverengi bir cücenin parlaklığı zamanla azalır ve bu , yıldız evrim modelleri kullanarak kütlenin tahmin edilmesine ve yaşa daha düşük bir sınırlamaya izin veren parlaklık (spektral tip ile birlikte) ölçülür .

Ben bakarsak Baraffe vd. (2015) düşük kütleli evrim modelleri ve zamana karşı parlaklık odağı$0.08\ M_{\odot}$ Trappist-1 gibi yıldız, mevcut parlaklığın bir yaş anlamına geldiğini görebilirsiniz. $\sim 500$milyon yıl. Fakat zamanda geriye giderseniz, yıldız daha aydınlıktı ve bu nedenle şu anda yaşanabilir bölgede bulunan gezegenler (e, f, g gezegenleri olduğu söyleniyordu) geçmişte böyle değildi.

Yaşanabilir bir bölge (HZ) hesaplamasının ayrıntıları karmaşık olabilir, ancak temel olarak yaşanabilir bölgenin yarıçapı, parlaklığın kare kökü olarak ölçeklenir. Eğer d ve h gezegenleri şu anda HZ'de değilse , bunları HZ sınırının konservatif bir tanımı olarak kullanabiliriz.

Bundan (ve gezegenlerin yayınlanmış yörünge yarıçaplarını kullanarak), eğer parlaklık 9 kat artarsa, bg gezegenlerinin hiçbirinin HZ'de olmadığını, tüm yörüngelerinden daha büyük olduğunu görebilirim. Trappist-1, 27 milyon yaşından küçük olduğunda 9 kat daha büyük bir parlaklığa sahipti. Öte yandan, HZ'yi e gezegeninin yörüngesinin hemen dışına taşımak (ve aynı zamanda HZ'nin içindeki h gezegenini dahil etmek), Trappist-1 206 milyon yaşındayken bu olurdu. Son bir düşünce olarak, bu modelden Trappist-1'in yaşlandıkça iki faktör daha azalabileceğini görebilirsiniz. Bu azalır HZ yarıçapı 1.41 katsayısı ile g (ve muhtemelen f) 'nin HZ'nin dışına çıkacağı, d (ve muhtemelen c)' nin HZ'ye getirileceği anlamına gelecektir.

Bununla birlikte, farklı modellerin biraz farklı sonuçlar verdiği, bu lokusların kütleye bağımlı olduğu ve kütlenin bilinmediği, bir sıcaklık tahmini (aynı zamanda belirsiz) kullanılarak aynı modellerden çıkarıldığı belirtilmelidir. Dolayısıyla , HZ'nin geçmiş yeri hakkındaki nitel sonuçların doğru olması muhtemel olsa da (ayrıntılı yaş numaraları modele bağlı olsa da), HZ'nin gelecekteki davranışı daha belirsizdir, çünkü Trappist-1 varsayılandan biraz daha büyük olabilir ve zaten minimum parlaklığına ulaştı.

Trappist-1'in parlaklık evrimi, $0.08M_{\odot}$ve Baraffe ve ark. (2015). Yatay kesik çizgi, gezegenlerin HZ'de olduğu söylenen mevcut parlaklığının en iyi tahminini gösterir. Zamanda geriye gidersek, en sağdaki dikey kesikli çizgi, ışığın, e'nin yaşanılamayacak kadar ısındığı noktaya kadar yükseldiği yaşı işaretler. Daha sonra geriye doğru, en soldaki dikey kesik çizgi şu anda bilinen tüm gezegenlerin (bh) yaşanamaz hale geldiği noktayı işaretler.

Bu nedenle, sorunuzun cevabı oldukça belirsiz ve eleştirel olarak şu anda Trappist-1'in yaşına ve elbette gezegenlerin her zaman şu anda yörüngesel yarıçapta olup olmadıklarına bağlı$^{*}$. Yukarıdaki çizimden de görebileceğiniz gibi (x ekseni üzerindeki logaritmik ölçeğe dikkat edin), yukarıda belirtilen parlaklık evrimi erken gerçekleşir. Trappist-1 500 milyon yıl kadar genç olabilirse, e gezegenindeki yaşam sadece 300 milyon yıldır mümkün olabilirdi. Ancak, yıldız biraz daha büyükse ve 10 milyar yaşındaysa, hayatın devam etmesi için 9.8 milyar yıl geçmiştir.

Eğer f gezegeninden bahsediyorsanız, o zaman biraz daha uzun oldu ($\sim +100$ milyon yıl) HZ içinde ve g gezegeni biraz daha uzun ($\sim +70$milyon yıl) tekrar. H gezegeni, HZ içinde birkaç yüz milyon yıldan daha az (geçmişte) nispeten az zaman harcamış olacaktır.

$^{*}$Tarafından keşif kağıt özet Gillon ve diğ. (2017) , gezegenlerin oluşumdan sonra bir "disk güdümlü göç" süreci ile içe doğru göç etme olasılığını kısaca tartışmaktadır . Eğer öyleyse, o zaman bu olacaktır değil yukarıdaki tartışmayı değiştirir. Çok düşük kütleli yıldızların etrafındaki disk, yüksek kütleli yıldızların etrafındaki disklerden daha uzun ömürlü olabilir, ancak esasen$\sim 10-20$milyon yıl ( Kennedy ve Kenyon 2009 ; Dawson ve ark.2013 ; Binks ve Jeffries 2017 ) ve gezegensel konfigürasyon, diskin gittiği zamana kadar bulunduğu yere yerleştirilmelidir.