Exoplaneten van TRAPPIST-1 mogelijk toch bewoonbaarder dan gedacht

Een nieuw computermodel dat de evolutie van planetaire atmosferen simuleert ontdekte dat er nog steeds water kan voorkomen op de planeten in dit stelsel.

Jarenlang hebben wetenschappers gediscussieerd over de kans dat er leven bestaat op de 7 fascinerende planeten die rond de ster TRAPPIST-1 draaien. De reden? Hoewel verschillende van deze planeten in de bewoonbare zone van de ster draaien, het gebied rond een stellair lichaam waar vloeibaar water kan bestaan omdat de temperaturen precies goed zijn, waren deze werelden niet altijd zo comfortabel.

In het verleden waren de exoplaneten van TRAPPIST-1 onderhevig aan veel zwaardere omstandigheden omdat hun moederster vroeger veel heter was. Tijdens die honderden miljoenen verzengende jaren zou al het water dat mogelijk in de rotsen van deze planeten gevangen zat, zijn verdampt en in de ruimte zijn verdwenen, dachten wetenschappers eerder. Dat zou natuurlijk de kans verpesten dat de TRAPPIST-1 planeten leven zouden kunnen ontwikkelen zoals wij dat kennen.

Maar een nieuwe studie, gebaseerd op nieuwe modelleringstechniek van de evolutie van planetaire atmosferen suggereert dat niet alles verloren kan zijn gegaan voor leven op de TRAPPIST-1 planeten.

Franck Selsis, astronoom aan de universiteit van Bordeaux en zijn collega’s wilden niet bewijzen dat het verleidelijke systeem van aardachtige planeten die om een klein, koele ster draaien op slechts 40 lichtjaar van de Aarde, leven kan herbergen. Integendeel, ze waren gefrustreerd door de ruwe aard van bestaande modellen van waterrijke planetaire atmosferen. Ze wilden iets realistischer maken – iets dat rekening zou houden met de werkelijke atmosferische omstandigheden op die planeten en niet alleen met een reeks theoretische aannames.

Het ontwikkelen van enorme, waterrijke atmosferen is een cruciale stap in de evolutie van oceaandragende werelden. Het beter begrijpen van deze atmosferen kan wetenschappers dus helpen om nauwkeuriger te bepalen waar leven in het heelal zou kunnen bestaan. Volgens de huidige theorieën, wanneer planeten ontstaan, bevindt hun water zich in de rotsen. Maar door krachtig vulkanisme in de begin jaren van de ontluikende planeten verdampt dit water in de atmosfeer. Wanneer de omstandigheden goed zijn, heeft die waterdamp de mogelijkheid om te condenseren en een vloeibare oceaan te vormen waarin leven kan ontstaan. Maar wanneer de omstandigheden precies goed zijn, blijft de vraag.

In het verleden, toen deze atmosferen werden gemodelleerd, werd er gebruik gemaakt van een zeer sterke benadering die zei dat deze atmosferen convectief zijn. Dat betekent dat de stellaire straling heel diep in de buurt van het oppervlak van de planeet wordt afgezet en de manier waarop de energie omhoog en naar buiten gaat een convectieve beweging is.

De warme lucht gaat omhoog, de koude lucht gaat naar beneden en men neemt aan dat dit de belangrijkste manier is om de energie uit de atmosfeer te transporteren en vervolgens uit te stralen naar de ruimte. Dit maakt het leven veel eenvoudiger, want wanneer convectie de belangrijkste drijvende kracht in een atmosfeer is, kent men de gradiënt van de temperatuur en men weet hoe de temperatuur varieert met de druk. Het heeft gewoon te maken met het soort gas dat je aan de atmosfeer toevoegt.

Maar op echte planeten is het uiteraard allemaal niet zo eenvoudig.

De doorzichtigheid van het gas dat een planeet omhult verandert met de hoogte en dit kan van invloed zijn op hoeveel warmte erin wordt opgesloten en hoeveel er naar de ruimte ontsnapt. Lange tijd konden wetenschappers geen van deze variabelen modelleren. Die doorzichtigheidsveranderingen en hun effecten op andere processen in de atmosfeer bleven een mysterie. Dit bracht Selsis en zijn collega’s ertoe te vermoeden dat de resultaten van eerdere simulaties, die dergelijke informatie niet bevatten, verkeerd zouden kunnen zijn.

Selsis en zijn collega’s waren niet helemaal gelukkig met de convectieve aannames. Een reden daarvoor is dat er bij zeer diepe atmosferen weinig licht het oppervlak bereikt. Waarschijnlijk niet genoeg om convectie te stimuleren.

Dat is waar het TRAPPIST-1 systeem om de hoek komt kijken. Eerdere modellen hebben aangetoond dat planeten met waterrijke atmosferen die slechts ongeveer 10% meer zonlicht ontvangen dan de Aarde snel een venijnig broeikaseffect ontwikkelen. Dit is het proces van het vasthouden van warmte dat wordt vergemakkelijkt door bepaalde gassen, wat berucht is als de oorzaak van de klimaat verandering op Aarde. Omdat waterdamp een krachtig broeikasgas is, als water blijft verdampen uit de rotsen van een planeet en de concentratie waterdamp in de atmosfeer stijgt, stijgt ook de temperatuur op het oppervlak van de planeet. Uiteindelijk wordt de planeet zo heet dat zijn korst en mantel smelten tot een oceaan van magma waardoor het resterende water dat in het gesteente gevangen zit in de atmosfeer vrijkomt.

Geleidelijk aan, gedurende miljarden jaren, terwijl krachtige sterrenwinden de planeet teisteren, verdwijnt dit atmosferische water in de ruimte. De hetere broer Venus, die 40 miljoen kilometer dichter bij de Zon draait dan de Aarde, werd verondersteld een dergelijk lot te hebben ondergaan. Zo ook de planeten in de bewoonbare zone van TRAPPIST-1. Hoewel de TRAPPIST-1 ster kleiner en koeler is dan de ster in het centrum van ons zonnestelsel, draaien alle zeven planeten op afstanden die veel korter zijn dan de afstand tussen de Zon en Mercurius, de binnenste planeet van het zonnestelsel.

Kleine rode sterren zoals TRAPPIST-1 nemen in de tijd af in lichtsterkte. Toen het TRAPPIST-1 systeem ontstond zijn de planeten die zich nu in de bewoonbare zone bevinden, waar water kan bestaan, honderden miljoenen jaren lang veel meer bestraald dan nu en dat betekent dat als ze water hadden, dit water zou zijn verdampt.

Het nieuwe model dat door Selsis en collega’s is ontwikkeld laat echter zien dat hoewel de omstandigheden op al deze planeten ongetwijfeld hels waren tijdens hun eerste jaren, ze misschien niet heet genoeg waren om de korst en mantel te laten smelten tot magma. Dat betekent dat er mogelijk vrij veel water in het gesteente heeft overleefd toen de planeet in de latere jaren afkoelde. Vandaar dat oceanen van vloeibaar water zich op deze planeten kunnen hebben gevormd, die vandaag de dag bloeiend leven kunnen herbergen.

Uiteindelijk kunnen deze bevindingen enorme gevolgen hebben voor onze kansen om leven buiten ons zonnestelsel te vinden, aangezien kleine koele sterren zoals TRAPPIST-1, rode dwergen genaamd, veruit het meest voorkomende type ster in ons sterrenstelsel zijn.

Uiteindelijk, zeggen de onderzoekers, zullen de resultaten ook helpen om de gegevens van de James Webb Space Telescope beter te interpreteren. Deze telescoop is naast zijn verkenning van het vroege heelal ook op zoek naar sporen van water op exoplaneten in de Melkweg.

Het onderzoek werd afgelopen week gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Eerste publicatie: 12 augustus 2023
Bron: space.com