Há quanto tempo os planetas TRAPPIST-1 estão em uma zona habitável?

Os planetas que orbitam TRAPPIST-1 estão em órbitas ao redor de sua estrela muito mais perto do que a Terra orbita Sol. No entanto, como o TRAPPIST-1 é uma anã marrom fresca, alguns dos planetas estão em uma "zona habitável", onde a temperatura não seria muito extrema para a vida como a conhecemos.

O que me pergunto é: há quanto tempo esses planetas estão em uma zona habitável? A página da Wikipedia diz que o TRAPPIST-1 tem mais de 1 Gyr. Mas quanto tempo tem sido uma anã marrom legal?

Em outras palavras, como a abiogênese da vida e a evolução dos organismos vivos dependem do tempo, quanto tempo a vida teve chance de se desenvolver na zona habitável da estrela?

Para esta pergunta, não estou preocupado com a química ou outras características dos próprios planetas.

exoplanet trappist-1

— user151841
fonte

O TRAPPIST-1 se formou como uma anã marrom fresca e tem sido assim por toda a sua vida. Dito isto, os planetas nem sempre estão nas órbitas que ocupam atualmente.

— Phiteros

TRAPPIST-1 é uma anã vermelha do tipo M. Não é uma anã marrom; o termo "anã ultra-legal" abrange objetos das classes M e L e, portanto, não se limita a nenhum deles.

— HDE 226868

@ Phiteros A temperatura da anã marrom não é a questão principal (embora estivesse mais quente no passado). A questão principal é que a luminosidade era consideravelmente maior no passado, de modo que todos os planetas estavam mais próximos do que a zona habitável de uma vez no passado.

— 22817 Rob Robries $ 10

@ HDE226868 Não é possível descartar que o Trappist-1 é uma anã marrom. A massa é citada como

, o que permite que ela seja uma estrela ou uma anã marrom. E acho que a barra de erros é ridiculamente otimista.

0.080 \pm 0.009 M_{⊙}

$0.080\pm 0.009 M_{\odot}$

— Rob Jeffries

@RobJeffries Me desculpe; Eu automaticamente assumi que não era. Eu não tinha visto nada sugerindo que era uma anã marrom.

— HDE 226868

A luminosidade do Trappist-1 é estimada em , mas nem sempre foi assim. $5.25\times 10^{-4}\ L_{\odot}$

A luminosidade de uma anã marrom diminui com o tempo e é essa luminosidade medida (junto com o tipo espectral) que permite uma estimativa da massa e um limite mais baixo para a idade usando modelos evolutivos estelares.

Se eu olhar para Baraffe et al. (2015) modelos evolutivos de baixa massa e olhar para o locus de luminosidade versus tempo para um estrela como trapista-1, você pode ver que a luminosidade atual implica uma idade de milhões de anos. Mas se você voltar no tempo, a estrela era mais luminosa e, por esse motivo, os planetas que estão atualmente na zona habitável (chamados de planetas e, f, g) não eram assim no passado. $0.08\ M_{\odot}$ $\sim 500$

Os detalhes de um cálculo da zona habitável (HZ) podem ser complexos, mas basicamente o raio da zona habitável é escalado como a raiz quadrada da luminosidade. Se os planetas d e h não estão atualmente no HZ, então podemos usá-los como uma definição conservadora do limite do HZ.

A partir disso (e usando os raios orbitais publicados dos planetas), posso ver que se a luminosidade é aumentada em um fator de 9, então nenhum dos planetas bg está no HZ, é maior que todas as suas órbitas. O Trappist-1 tinha uma luminosidade 9 vezes maior quando tinha menos de 27 milhões de anos. Por outro lado, se eu quiser mover o HZ para fora da órbita do planeta e (e incluir simultaneamente o planeta h dentro do HZ), isso aconteceria quando o Trappist-1 tivesse 206 milhões de anos. Como pensamento final, você pode ver neste modelo em particular que o Trappist-1 pode desaparecer por um fator adicional de dois à medida que envelhece. Isso diminui o raio HZ por um fator de 1,41 e significaria que g (e possivelmente f) ficaria fora do HZ, enquanto d (e possivelmente c) seria trazido para o HZ.

Deve-se notar, no entanto, que: modelos diferentes dão resultados ligeiramente diferentes, esses locais são dependentes da massa e a massa não é conhecida, é inferida a partir dos mesmos modelos usando uma estimativa de temperatura (que também é incerta). Portanto, embora minhas conclusões qualitativas sobre a localização passada do HZ provavelmente sejam corretas (embora os números de idade detalhados sejam dependentes do modelo), o comportamento futuro do HZ é mais incerto, porque o Trappist-1 pode ser um pouco mais massivo do que se supõe e já atingiu sua luminosidade mínima.

$0.08M_{\odot}$

$^{*}$

$\sim +100$ $\sim +70$

$^{*}$ $\sim 10-20$

— Rob Jeffries
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Se bem entendi, o artigo postulou que os planetas se formaram mais adiante; além da linha de geada da estrela naquele momento. Eles então migraram para dentro. Isso torna a determinação de quando algum dos planetas estava no HZ naquele período notavelmente mais difícil. Embora eu não tenha me familiarizado com o artigo e os resultados o suficiente para saber se seus modelos incluem detalhes específicos o suficiente sobre a evolução potencial do sistema no passado, para permitir que você faça estimativas razoáveis (dentro do (s) modelo (s)).

— zibadawa timmy

@zibadawatimmy O mecanismo proposto é a migração interna dirigida por disco. Nesse caso, como a vida útil do disco em torno de estrelas de baixa massa é <10 Myr, isso não afetaria nenhuma das conclusões.

— Rob Jeffries