In februari 2017 kondigden NASA-wetenschappers het bestaan aan van zeven terrestrische (d.w.z. rotsachtige) planeten binnen het TRAPPIST-1-sterrenstelsel. Sinds die tijd is het systeem het brandpunt geweest van intensief onderzoek om te bepalen of een van deze planeten al dan niet bewoonbaar zou kunnen zijn. Tegelijkertijd hebben astronomen zich afgevraagd of alle planeten van het systeem daadwerkelijk worden verantwoord.
Kunnen er bijvoorbeeld gasreuzen op de loer liggen in dit systeem, zoals veel andere systemen met rotsachtige planeten (bijvoorbeeld die van ons)? Dat was de vraag die een team van wetenschappers, onder leiding van onderzoekers van het Carnegie Institute of Science, in een recent onderzoek probeerde te beantwoorden. Volgens hun bevindingen kan TRAPPIST-1 in een baan om de aarde worden gebracht door gasreuzen op een veel grotere afstand dan de zeven rotsachtige planeten.
De studie, getiteld "Astrometric Constraints on the Masses of Long-Period Gas Giant Planets in the TRAPPIST-1 Planetary System", verscheen onlangs in The Astronomical Journal. Zoals ze in hun onderzoek aangeven, vertrouwde het team op follow-upwaarnemingen van TRAPPIST-1 gedurende een periode van vijf jaar (van 2011 tot 2016) met behulp van de du Pont-telescoop op het Las Campanas-observatorium in Chili.
Met behulp van deze waarnemingen probeerden ze te bepalen of TRAPPIST-1 eerder onopgemerkte gasreuzen binnen de buitenste regionen van het systeem zou kunnen hebben. Zoals Dr. Alan Boss - een astrofysicus en planeetwetenschapper bij het Carnegie Institute's Department of Terrestrial Magnetism en de hoofdauteur op papier - uitlegde in een Carnegie-persverklaring:
'Een aantal andere sterrenstelsels, waaronder planeten ter grootte van de aarde en superaarde, herbergen ook minstens één gasreus. Het is dus een belangrijke vraag of deze zeven planeten een gasreusbroer of -zus met een langere baan om de aarde hebben. '
Boss heeft jarenlang een exoplanet-jachtonderzoek uitgevoerd met de co-auteurs van de studie - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - bekend als de Carnegie Astrometric Planet Search. Deze enquête is gebaseerd op de Carnegie Astrometric Planet Search Camera (CAPSCam), een instrument op de du Pont-telecoop dat met behulp van de astrometrische methode naar extrasolaire planeten zoekt.
Deze indirecte methode van exoplanetenjacht bepaalt de aanwezigheid van planeten rond een ster door de schommeling van deze gastster rond het massacentrum van het systeem (ook bekend als het zwaartepunt) te meten. Met behulp van CAPSCam vertrouwden Boss en zijn collega's op enkele jaren van waarnemingen van TRAPPIST-1 om de bovengrens van de massa te bepalen voor potentiële gasreuzen die in het systeem cirkelen.
Hieruit concludeerden ze dat planeten die tot 4,6 Jupiter-massa's bedroegen, de ster met een periode van een jaar om de aarde konden draaien. Bovendien ontdekten ze dat planeten tot 1,6 Jupiter-massa's de ster in een periode van 5 jaar rond de ster konden draaien. Met andere woorden, het is mogelijk dat TRAPPIST-1 een aantal gasreuzen over een lange periode in een baan om zijn buitenste bereik heeft, net zoals gasreuzen over een lange periode buiten de baan van Mars in het zonnestelsel bestaan.
Als het waar is, zou het bestaan van deze gigantische planeten een lopend debat over de vorming van de gasreuzen van het zonnestelsel kunnen oplossen. Volgens de meest algemeen aanvaarde theorie over de vorming van het zonnestelsel (d.w.z. nevelhypothese), werden de zon en planeten geboren uit een nevel van gas en stof. Nadat deze wolk in het midden door zwaartekracht ineenstortte en de zon vormde, werd het resterende stof en gas platgedrukt tot een schijf eromheen.
De aarde en de andere aardse planeten (Mercurius, Venus en Mars) zijn allemaal dichter bij de zon gevormd door de aanwas van silicaatmineralen en metalen. Wat de gasreuzen betreft, er zijn enkele concurrerende theorieën over hoe ze zich hebben gevormd. In één scenario, bekend als de Core Accretietheorie, begonnen de gasreuzen ook op te groeien van vaste materialen (die een vaste kern vormden) die groot genoeg werden om een omhulsel van omringend gas aan te trekken.
Een concurrerende verklaring - bekend als de Schijfinstabiliteitstheorie - beweert dat ze zijn ontstaan toen de schijf van gas en stof een spiraalarmformatie aannam (vergelijkbaar met een sterrenstelsel). Deze armen begonnen toen in massa en dichtheid toe te nemen en vormden klonten die snel samensmolten tot babygasreuzen. Met behulp van computationele modellen overwogen Boss en zijn collega's beide theorieën om te zien of gasreuzen zich konden vormen rond een ster met een lage massa zoals TRAPPIST-1.
Hoewel Core Accretie niet waarschijnlijk was, gaf de theorie van schijfinstabiliteit aan dat gasreuzen zich konden vormen rond TRAPPIST-1 en andere rode dwergsterren met een lage massa. Als zodanig biedt deze studie een theoretisch kader voor het bestaan van gasreuzen in rode dwergsterrensystemen waarvan al bekend is dat ze rotsachtige planeten hebben. Dit is zeker bemoedigend nieuws voor exoplanetenjagers, aangezien de laatste tijd rotsachtige planeten zijn gevonden die in een baan rond rode dwergen draaien.
Afgezien van TRAPPIST-1, omvatten deze de dichtstbijzijnde exoplaneet van het zonnestelsel (Proxima b), evenals LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b en Gliese 682c. Maar zoals Boss ook opmerkte, staat dit onderzoek nog in de kinderschoenen en moet er veel meer onderzoek en discussie plaatsvinden voordat er iets definitief kan worden gezegd. Gelukkig helpen studies als deze de deur te openen voor dergelijke studies en discussies.
"Gasreuzenplaneten gevonden in banen van lange duur rond TRAPPIST-1 zouden de kernaantastingtheorie kunnen uitdagen, maar niet noodzakelijk de theorie van schijfinstabiliteit", zei Boss. "Er is veel ruimte voor verder onderzoek tussen de banen die we hier voor een langere periode hebben bestudeerd en de zeer korte banen van de zeven bekende TRAPPIST-1-planeten."
Boss en zijn team beweren ook dat voortdurende waarnemingen met de CAPSCam en verdere verfijningen in de gegevensanalysepijplijn ofwel planeten voor de lange termijn zullen detecteren, of een nog strengere beperking op hun bovengrens voor de massa zullen opleggen. En natuurlijk zal de inzet van infraroodtelescopen van de volgende generatie, zoals de James Webb Space Telescope, helpen bij de jacht op gasreuzen rond rode dwergsterren.
