Die Ankündigung eines Sieben-Planeten-Systems um den Stern TRAPPIST-1 Anfang dieses Jahres löste eine Flut von wissenschaftlichem Interesse aus. Dies war nicht nur eine der größten Planetengruppen, die um einen einzelnen Stern herum entdeckt wurden, sondern auch die Tatsache, dass sich alle sieben als terrestrisch (felsig) erwiesen haben, war sehr ermutigend. Noch ermutigender war die Tatsache, dass drei dieser Planeten mit der bewohnbaren Zone des Sterns umkreisten.
Seit dieser Zeit versuchen Astronomen, alles über dieses Planetensystem zu lernen. Abgesehen davon, ob sie Atmosphären haben oder nicht, möchten Astronomen auch mehr über ihre Umlaufbahnen und Oberflächenbedingungen erfahren. Dank der Bemühungen eines von der Universität Washington geleiteten internationalen Astronomenteams haben wir jetzt eine genaue Vorstellung davon, wie die Bedingungen auf seinem äußersten Planeten - TRAPPIST-1h - aussehen könnten.
Laut der Studie des Teams - „Eine Resonanzkette mit sieben Planeten in TRAPPIST-1“, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturastronomie - Sie stützten sich auf Daten der Kepler-Mission, um die Umlaufzeit des Planeten zu bestimmen. Insbesondere konsultierten sie Daten, die während der Kampagne 12 der K2-Mission, einem 79-tägigen Beobachtungszeitraum vom 15. Dezember 2016 bis zum 4. März 2017, erhalten wurden.
Unter der Leitung von Rodrigo Luger, einem Doktoranden an der University of Washington, war sich das Team bereits der Muster in den Umlaufbahnen der sechs inneren Planeten des Systems bewusst. Dies beruhte auf früheren Daten des Spitzer-Weltraumteleskops, die darauf hinwiesen, dass sich diese Planeten in einer Orbitalresonanz befinden - d. H. Ihre jeweiligen Orbitalperioden sind mathematisch verwandt und beeinflussen sich gegenseitig.
Aus diesen Daten hatte das Team bereits berechnet, dass TRAPPIST-1h eine Umlaufzeit von knapp 19 Tagen haben würde. Nachdem sie die K2-Daten konsultiert hatten, stellten sie fest, dass TRAPPIST-1h während des 79-tägigen Beobachtungszeitraums vier Durchgänge des Sterns durchführte - was einer Umlaufzeit von 18,77 Tagen entsprach. Mit anderen Worten, das Team stellte fest, dass ihre Beobachtungen mit ihren Berechnungen übereinstimmten.
Diese Feststellung war eine willkommene Erleichterung für Luger und seine Kollegen. Wie er in einer UW-Pressemitteilung feststellte:
„TRAPPIST-1h war genau dort, wo unser Team es vorhergesagt hatte. Ich hatte eine Weile Angst, dass wir sehen, was wir sehen wollten. Die Dinge sind auf diesem Gebiet fast nie genau so, wie Sie es erwarten - normalerweise gibt es an jeder Ecke Überraschungen, aber Theorie und Beobachtung stimmten in diesem Fall perfekt überein. “
Die Entdeckung dieser Resonanz bedeutet, dass TRAPPIST-1 einen weiteren Rekord aufgestellt hat. Für den Anfang ist es bereits als eines von nur zwei Sternensystemen bekannt, das sieben extra-solare Planeten beherbergt - das andere ist das HR 8832-Sternensystem, ein variabler Stern vom Typ K3V mit Hauptsequenz, der 21 Lichtjahre entfernt liegt. Zweitens hat es die am meisten bestätigten terrestrischen Planeten, die bisher in einem Einzelsternsystem entdeckt wurden.
Mit diesen neuesten Daten hält TRAPPIST-1 nun auch den Rekord, die meisten Planeten in einer Orbitalresonanz zu haben. Die vorherigen Platzhalter waren Kepler-80 und Kepler-223, die beide vier Planeten in einer Orbitalresonanz haben. Laut Luger wurde diese Resonanz wahrscheinlich hergestellt, als das TRAPPIST-1-System noch jung war und sich die Planeten noch im Bildungsprozess befanden. Wie Luger erklärte:
„Die Resonanzstruktur ist kein Zufall und weist auf eine interessante dynamische Geschichte hin, in der die Planeten wahrscheinlich im Gleichschritt nach innen gewandert sind. Dies macht das System zu einem großartigen Prüfstand für Planetenbildung und Migrationstheorien. Wir könnten uns daher einen Planeten ansehen, der einst bewohnbar war und seitdem zugefroren ist. Das ist erstaunlich zu betrachten und ideal für Folgestudien. “
Die Möglichkeit, dass die Planeten zu Beginn der Systemgeschichte ihren aktuellen Orbital-Tanz erreichten, könnte auch bedeuten, dass TRAPPIST-1h einst bewohnbar war. Während drei Planeten die bewohnbare Zone des Sterns umkreisen (TRAPPIST-1 d, e und f), umkreist TRAPPIST-1h den Stern in einer Entfernung von etwa 10 Millionen km (6 Millionen Meilen), wodurch er weit außerhalb der Reichweite des Sterns liegt die bewohnbare Zone des Sterns.
In dieser Entfernung erhält TRAPPIST-1h ungefähr so viel Energie von der Sonne wie der Zwergplanet Ceres (in unserem Sonnensystem im Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter), was zu einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von 173 K führt (-100ºC; -148ºF). Aber in der Vergangenheit, als sein Stern heller und heißer war, hat der Planet möglicherweise genug Energie erhalten, dass seine Oberfläche warm genug gewesen wäre, um flüssiges Wasser zu tragen.
"Wir könnten uns daher einen Planeten ansehen, der einst bewohnbar war und seitdem zugefroren ist. Das ist erstaunlich zu betrachten und ideal für Folgestudien", sagte Luger. TRAPPIST-1 ist aufgrund seiner Nähe auch ein Hauptkandidat für Folgestudien. Dieser Stern und sein Planetensystem befinden sich nur 39,5 Lichtjahre von der Erde entfernt und bieten einige außergewöhnliche Möglichkeiten für die Untersuchung der Exoplaneten und der Bewohnbarkeit von M-Sternen.
Darüber hinaus hat diese Studie auch gezeigt, dass die Kepler-Mission trotz des Versagens von zwei Reaktionsrädern immer noch äußerst nützlich ist, wenn es um die Untersuchung von Exoplaneten geht. Trotz der Tatsache, dass die ständige Beobachtung des TRAPPIST-1-Systems instrumentelle Herausforderungen darstellte, gelang es Kepler dennoch, zuverlässige Informationen zu liefern, die mit den Berechnungen des Teams übereinstimmten.
Neben der Bestimmung der Umlaufzeit von TRAPPIST-1h verwendete das Team die K2-Daten, um die Umlaufbahnen der anderen sechs Planeten weiter zu charakterisieren, die Möglichkeit auszuschließen, dass sich mehr Planeten im System befinden, und um mehr über den Stern selbst zu erfahren (z. B. seine Rotation) Zeitraum und Aktivitätsniveau). Diese Informationen sind auch entscheidend, um festzustellen, ob einer der Planeten in der bewohnbaren Zone des Sterns tatsächlich bewohnbar sein könnte oder nicht.
Die Entdeckung des TRAPPIST-1-Systems war ein langjähriges Ereignis. Aber die Geschwindigkeit, mit der neue Entdeckungen aufgetaucht sind, war sehr beeindruckend. In den kommenden Jahren werden wir mit dem Einsatz von Planetenjägern der nächsten Generation - wie dem James Webb-Teleskop und dem Transitting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - tiefer graben und noch mehr lernen können.
Und genießen Sie dieses Video der Orbitalresonanz von TRAPPIST-1 mit freundlicher Genehmigung von Assistenzprofessor Daniel Fabrycky von der University of Chicago:
