Im Februar 2017 kündigte ein Team europäischer Astronomen die Entdeckung eines Sieben-Planeten-Systems an, das den nahe gelegenen Stern TRAPPIST-1 umkreist. Abgesehen von der Tatsache, dass alle sieben Planeten felsig waren, gab es den zusätzlichen Bonus, dass drei von ihnen in der bewohnbaren Zone von TRAPPIST-1 kreisten. Seit dieser Zeit wurden mehrere Studien durchgeführt, um festzustellen, ob einer dieser Planeten bewohnbar sein könnte oder nicht.
In Übereinstimmung mit diesem Ziel haben sich diese Studien darauf konzentriert, ob diese Planeten Atmosphären, ihre Zusammensetzung und ihr Inneres haben oder nicht. Eine der neuesten Studien wurde von zwei Forschern des Cool Worlds Laboratory der Columbia University durchgeführt, die feststellten, dass einer der TRAPPIST-1-Planeten (TRAPPIST-1e) einen großen Eisenkern aufweist - ein Befund, der Auswirkungen auf die Bewohnbarkeit dieses Planeten haben könnte.
Die Studie mit dem Titel „TRAPPIST-1e hat einen großen Eisenkern“, die kürzlich online erschien, wurde von Gabrielle Englemenn-Suissa und David Kipping, einer Senior-Studentin und Assistenzprofessorin für Astronomie an der Columbia University, durchgeführt. Englemenn-Suissa und Kipping nutzten für ihre Studie die jüngsten Studien, die die Massen und Radien der TRAPPIST-1-Planeten einschränkten.
Diese und andere Studien haben von der Tatsache profitiert, dass TRAPPIST-1 ein Sieben-Planeten-System ist, was es ideal für Exoplaneten-Studien geeignet macht. Wie Professor Kipping dem Space Magazine per E-Mail sagte:
"Es ist aus drei Gründen ein wunderbares Labor für exoplanetare Wissenschaft. Erstens hat das System satte sieben Transitplaneten. Die Tiefe der Transite bestimmt die Größe jedes Planeten, sodass wir ihre Größe ziemlich genau messen können. Zweitens interagieren die Planeten gravitativ miteinander, was zu Variationen in den Zeiten der Transite führt, und diese wurden verwendet, um die Massen jedes Planeten wieder mit beeindruckender Präzision abzuleiten. Drittens ist der Stern sehr klein, da er ein später M-Zwerg ist, ungefähr ein Achtel der Größe der Sonne, und das bedeutet, dass Transite 8 ^ 2 = 64-mal tiefer erscheinen als wenn der Stern sonnengroß wäre. Wir haben hier also viele Dinge, die zu unseren Gunsten wirken. “
Englemann-Suissa und Kipping verwendeten zusammen Massen- und Radiusmessungen der TRAPPIST-1-Planeten, um den minimalen und maximalen Kernradiusanteil (CRF) jedes Planeten abzuleiten. Dies basiert auf einer Studie, die sie zuvor durchgeführt hatten (zusammen mit Jingjing Chen, einem Doktoranden an der Columbia University und Mitglied des Cool Worlds Lab), in der sie ihre Methode zur Bestimmung des CNI eines Planeten entwickelten. Wie Kipping die Methode beschrieb:
„Wenn Sie die Masse und den Radius genau kennen, wie das TRAPPIST-1-System, können Sie sie mit denen vergleichen, die aus theoretischen Innenstrukturmodellen vorhergesagt wurden. Das Problem ist, dass diese Modelle im Allgemeinen aus vier möglichen Schichten bestehen, einem Eisenkern, einem Silikatmantel, einer Wasserschicht und einer leicht flüchtigen Hülle (die Erde hat nur die ersten beiden, ihre Atmosphäre trägt vernachlässigbar zu Masse und Radius bei). Vier Unbekannte und zwei Messgrößen sind also im Prinzip ein uneingeschränktes, unlösbares Problem. “
Ihre Studie berücksichtigte auch frühere Arbeiten anderer Wissenschaftler, die versucht haben, die chemische Zusammensetzung des TRAPPIST-1-Systems einzuschränken. In diesen Studien nahmen die Autoren an, dass die chemischen Zusammensetzungen der Planeten mit denen des Sterns verbunden waren, die gemessen werden können. Englemann-Suissa und Kipping verfolgten jedoch einen „agnostischeren“ Ansatz und berücksichtigten lediglich die Randbedingungen des Problems.
"Wir sagen im Wesentlichen, dass es angesichts der Masse und des Radius keine Modelle mit Kernen kleiner als X gibt, die möglicherweise die beobachtete Masse und den beobachteten Radius erklären können", sagte er. „Der Kern könnte größer als X sein, muss aber mindestens X sein, da keine theoretischen Modelle dies anders erklären könnten. Hier würde X daher dem entsprechen, was wir den minimalen Kernradiusanteil nennen könnten. Wir spielen dann das gleiche Spiel für das maximale Limit. “
Sie stellten fest, dass die minimale Kerngröße von sechs der TRAPPIST-1-Planeten im Wesentlichen Null war. Dies bedeutet, dass ihre Zusammensetzungen erklärt werden könnten, ohne notwendigerweise einen Eisenkern zu haben - zum Beispiel könnte ein reiner Silikatmantel alles sein, was da ist. Im Fall von TRAPPIST-1e stellten sie jedoch fest, dass sein Kern mindestens 50% des Planeten pro Radius und höchstens 78% des Radius umfassen muss.
Vergleichen Sie dies mit der Erde, wo der feste innere Kern aus Eisen und Nickel und ein flüssiger äußerer Kern aus einer geschmolzenen Eisen-Nickel-Legierung 55% des Radius des Planeten ausmachen. Zwischen der oberen und unteren Grenze des CRF von TRAPPIST-1e kamen sie zu dem Schluss, dass es einen dichten Kern haben muss, der wahrscheinlich mit der Erde vergleichbar ist. Dieser Befund könnte bedeuten, dass e von allen TRAPPIST-1-Planeten der „erdähnlichste“ ist und wahrscheinlich eine schützende Magnetosphäre aufweist.
Wie Kipping angedeutet hat, könnte dies immense Auswirkungen auf die Jagd nach bewohnbaren Exoplaneten haben und TRAPPIST-1e an die Spitze der Liste bringen:
„Das begeistert mich besonders für TRAPPIST-1e. Dieser Planet ist ein bisschen kleiner als die Erde, befindet sich direkt in der bewohnbaren Zone und jetzt wissen wir, dass er einen großen Eisenkern wie die Erde hat. Wir wissen auch, dass es dank anderer Messungen keine leicht flüchtige Hülle besitzt. Außerdem scheint TRAPPIST-1 ein leiserer Stern als Proxima zu sein, daher bin ich TRAPPIST-1e als potenzielle Biosphäre derzeit viel optimistischer als Proxima b. "
Dies ist sicherlich eine gute Nachricht angesichts der jüngsten Studien, die gezeigt haben, dass Proxima b wahrscheinlich nicht bewohnbar ist. Der Exoplanet, der unserem Sonnensystem am nächsten liegt, wird derzeit nicht als guter Kandidat für die Suche nach einer bewohnbaren Welt angesehen, da sein Stern starke Fackeln ausstrahlt, die mit bloßem Auge gesehen werden können, und die Wahrscheinlichkeit besteht, dass eine Atmosphäre und flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche nicht lange überleben oder außerirdisches Leben.
In den letzten Jahren haben sich Kipping und seine Kollegen und das Cool Worlds Laboratory auch der Untersuchung möglicher Exoplaneten um Proxima Centauri gewidmet. Mit dem Satelliten Microvariability and Oscillation of Stars (MOST) der Canadian Space Agency überwachten Kipping und seine Kollegen Proxima Centauri im Mai 2014 und erneut im Mai 2015, um nach Anzeichen für den Transit von Planeten zu suchen.
Während die Entdeckung von Proxima b letztendlich von Astronomen an der ESO mithilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode gemacht wurde, war diese Kampagne von Bedeutung, um auf die Wahrscheinlichkeit aufmerksam zu machen, terrestrische, potenziell bewohnbare Planeten um nahegelegene Sterne vom Typ M (Roter Zwerg) zu finden. In Zukunft hoffen Kipping und sein Team auch, Studien zu Proxima b durchzuführen, um festzustellen, ob es eine Atmosphäre hat und wie sein CNI aussehen könnte.
Wieder einmal scheint es, dass einer der vielen felsigen Planeten, die einen roten Zwergstern umkreisen (und näher an der Erde liegen), ein Hauptkandidat für Habitabilitätsstudien sein könnte! Zukünftige Umfragen, die von der Einführung von Teleskopen der nächsten Generation profitieren werden (wie die James Webb Space Telescope) wird zweifellos mehr über dieses System und alle potenziell bewohnbaren Welten verraten, die es hat.
