Nieuwe informatie over de TRAPPPIST-1 planeten – vermoedelijk véél water

De planeten van TRAPPIST 1
Artist Impression van de planeten bij TRAPPIST 1. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Een serie bestaande uit vier onderzoeken werpt nieuw licht op de eigenschappen van de planeten bij de ster TRAPPIST-1. Sinds de ontdekking van de planeten in februari 2017 worden de planeten intensief bestudeerd door wetenschappers want ze zijn op dit moment onze grootste hoop op biologisch leven buiten ons eigen zonnestelsel.

De nieuwe onderzoeken zijn vandaag, 5 februari 2018 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy and Astrophysics.

Het internationale onderzoeksteam heeft als eerste de eigenschappen van de ster nader in kaart gebracht en daarnaast verbeterde metingen aan de grootte van de planeten uitgevoerd. Een derde studie leidde tot veel betere schattingen voor de massa van de planeten en de vierde studie voerde verkennende waarnemingen uit om de atmosfeer van de planeten in kaart te brengen.

Na de ontdekking van het planetensysteem waren onderzoekers gretig om snel meer te leren over TRAPPIST-1. Een jaar later worden nu de resultaten van deze vervolgstudies gepubliceerd. Momenteel zijn het de best bestudeerde planeten buiten ons eigen zonnestelsel.

Het team ontdekte dat alle zeven de planeten bestaan uit gesteente en dat tot 5% van hun massa uit water bestaat en dat is een behoorlijk grote hoeveelheid. Het water in de oceanen op Aarde telt maar voor 0,02% van de totale massa van de Aarde.

Vijf van de zeven planeten lijken verstoken te zijn van een atmosfeer bestaande uit waterstof en helium zoals Neptunus of Uranus. Deze nieuwe informatie versterkt het begrip dat de zeven planeten van TRAPPIST-1 op verschillende manier grote overeenkomsten vertonen met de aardse planeten in ons eigen zonnestelsel.

De vorm waarin het water op de TRAPPIST-1 planeten voorkomt is afhankelijk van de hoeveelheid warmte die ze ontvangen van hun ster die slechts 9% van de massa van onze Zon heeft.

De zeven planeten worden als gematigd beschouwd en dat betekent dat er onder bepaalde geologische en atmosferische condities vloeibaar water kan voorkomen. Momenteel loopt er nog een onderzoek om vast te stellen welke van deze gematigde planeten de grootste kans maken om bewoonbaar te zijn.

Van de 7 planeten is TRAPPIST-1e, de vierde vanaf de ster, de planeet die momenteel vermoedelijk het meest verwant is aan de Aarde maar daar moet wel worden bij gezegd dat er nog heel veel onbekend is. Men heeft nog geen informatie over het oppervlak en of de planeet een atmosfeer heeft.

Er de nieuwe massa’s van de planeten worden gecombineerd met verbeterde metingen van de straal van de planeten en verbeterde kennis over de ster dan kan daaruit een veel nauwkeurigere dichtheid voor de planeten worden berekend en levert dit ook informatie op over de samenstelling van de planeten. Alle planeten vertonen in dit opzicht overeenkomsten met Mercurius, Venus, onze Aarde en zijn Maan en Mars.

De dichtheid van een planeet is belangrijk om iets te kunnen zeggen over de samenstelling van die planeet maar het zegt helemaal niets over de bewoonbaarheid. Echter, de studies zijn een belangrijke stap voorwaarts in het voortdurende onderzoek of deze planeten bewoonbaar zijn of niet.

De onderzoekers maakten gebruik van de Hubble Space Telescope om de passage van de planeten voorlangs de ster waar te nemen om zo signalen op te vangen van de interactie van het sterlicht met de atmosfeer van de planeten.

De zorgvuldig uitgevoerde metingen leverden geen bewijs op voor atmosferen die door waterstof worden gedomineerd voor de planeten TRAPPIST-1d, e en f (b en c waren afgelopen jaar al bestudeerd). Die door waterstof gedomineerde atmosfeer kan voor planeet g nog niet worden uitgesloten. Uit de vergaarde gegevens kan nog niet worden geconcludeerd dat de atmosferen overeenkomsten vertonen met die van Venus of de Aarde. Hiervoor zijn nieuwe, aanvullende waarnemingen nodig.

De Hubble wordt ingezet voor verkennend onderzoek zodat astronomen die straks met de volgens jaar te lanceren James Webb Space Telescope aan de slag gaan weten waar ze moeten beginnen. Het zorgt ervoor dat de Webb-astronomen veel efficiënter hun schaarse beschikbare waarneemtijd kunnen inzetten om de samenstelling van de atmosferen te bepalen.

Wat is TRAPPIST-1?

TRAPPIST-1 is de naam voor de Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) in Chili. Met deze telescoop werden in 2016 twee van de zeven planeten ontdekt. De Spitzer ruimtetelescoop van de NASA bevestigde in samenwerking met observatoria op de grond deze twee planeten en ontdekte nog eens vijf andere planeten in het systeem. Daarna is het TRAPPIST-1 systeem uitgebreid waargenomen met de Kepler ruimtetelescoop die speciaal is ontworpen voor het bestuderen van exoplaneten. Ook met behulp van de Spitzer zijn aanvullende waarnemingen gedaan. Deze gegevens zorgden voor een veel duidelijker beeld van het systeem alhoewel we nog lang niet alles weten wat we graag zouden willen weten over TRAPPIST-1.

De planeten van TRAPPIST-1 bevinden zich erg dicht bij elkaar. Iemand die op het oppervlak van een van deze planeten zou staan zal een schitterend uitzicht hebben over de buurplaneten die soms groter dan de Maan zijn voor een waarnemer hier op Aarde. De planeten draaien vermoedelijk ook in een gebonden rotatie om de ster heen. Dit betekent dat ze altijd met dezelfde zijde naar de ster toe zijn gericht en dat iedere zijde gehuld is in een eeuwigdurende dag of nacht. Ofschoon alle planeten zich dichter bij hun ster bevinden dan Mercurius tot de Zon is de temperatuur op de planeten gematigd en dat komt doordat de ster veel koeler is dan onze Zon.

Hoe zien de planeten er uit?

Omdat de planeten zo ver van ons vandaan zijn is het onmogelijk om precies te weten hoe iedere planeet er uit ziet. In ons eigen zonnestelsel hebben de Maan en Mars ongeveer dezelfde dichtheid maar hun oppervlak ziet er compleet anders uit.

Uitgaande van de beschikbare gegevens zijn wetenschappers schatten de wetenschappers de planeten als volgt in:

De binnenste planeet, TRAPPIST-1b, heeft vermoedelijk een kern van gesteente en wordt omringd door een atmosfeer die dikker is dan de atmosfeer van de Aarde. Ook TRAPPIST-1c heeft vermoedelijk een binnenste van gesteente maar met een dunnere atmosfeer dan planeet b. TRAPPIST-1d is de lichtste van de planeten. Deze planeet heeft een massa van 0.3 * de Aarde. Wetenschappers weten niet of deze planeet een grote atmosfeer heeft, een oceaan of een ijslaag. Alle deze drie zouden de planeet voorzien van een enveloppe van vluchtige bestanddelen die de dichtheid van de planeet zouden kunnen verklaren.

Wetenschappers waren verrast dat alleen TRAPPIST-1e een dichtheid heeft die een beetje groter is dan de dichtheid van de Aarde. Dit suggereert dat de ijzeren kern van de planeet zwaarder is dan die van de Aarde. Net zoals 1c heeft deze planeet niet noodzakelijkerwijs een dikke atmosfeer, oceaan of ijslaag waarmee deze twee planeten de buitenbeentjes zijn van het hele stel. Het is onbekend waarom TRAPPIST-1e veel rostachtiger is qua samenstelling dan de overige planeten. In termen van dichtheid, grootte en de hoeveelheid straling die de planeet ontvangt van de ster lijkt deze planeet het meeste op de Aarde.

TRAPPIST-1f, g en h bevinden zich ver genoeg van de ster dat water er in bevroren vorm kan voorkomen aan het oppervlak. Als ze een dunne atmosfeer hebben dan zullen daar vermoedelijk geen zware moleculen zoals koolstofdioxide in voorkomen zoals bij ons op Aarde.

Hoe weten we dat?

Astronomen konden de dichtheid van de planeten berekenen omdat ze, gezien vanaf de Aarde, voorlangs hun ster bewegen waarbij met behulp van telescopen in de ruimte en vanaf de Aarde heel nauwkeurig een kleine afname van het sterlicht kan worden gemeten. Dit noemen we een transitie of overgang. De hoeveelheid waarmee het sterlicht afzwakt is gerelateerd aan de straal van de planeet.

Als er geen andere gravitationele krachten zouden zijn voor de planeet die voorlangs de ster trekt dan zou die planeet altijd in dezelfde tijd voorlangs de ster bewegen. De Aarde bijvoorbeeld draait iedere 365 dagen eenmaal om de Zon, dat noemen we een jaar. Maar omdat de planeten van TRAPPIST-1 zo dicht bij elkaar staan veranderen de planeten steeds het jaar van de andere planeten een beetje. Deze kleine variaties in omlooptijd worden gebruikt voor het berekenen van de massa. Daarna is het mogelijk om met behulp van de straal en de massa de dichtheid te berekenen.

De volgende stappen

De volgende stap zal zijn om TRAPPIST-1 te bestuderen met behulp van de James Webb Space Telescope van de NASA. Deze telescoop zal in staat zijn om de vraag te beantwoorden of de planeten een atmosfeer hebben en als die er is te bepalen hoe die atmosfeer er uit ziet en of die atmosfeer het mogelijk maakt dat er vloeibaar water aan het oppervlak kan voorkomen.

Meer lezen:

 

Eerste publicatie: 5 februari 2018