De aankondiging van een systeem met zeven planeten rond de ster TRAPPIST-1 eerder dit jaar veroorzaakte een golf van wetenschappelijke belangstelling. Dit was niet alleen een van de grootste partijen planeten die rond een enkele ster te ontdekken waren, het feit dat alle zeven aardse (rotsachtige) aard hadden, was zeer bemoedigend. Nog bemoedigender was het feit dat drie van deze planeten in een baan rond de bewoonbare zone van de ster bleken te draaien.
Sinds die tijd proberen astronomen alles te leren over dit planetenstelsel. Afgezien van het feit of ze al dan niet een atmosfeer hebben, zijn astronomen ook op zoek naar meer informatie over hun banen en oppervlaktecondities. Dankzij de inspanningen van een door de Universiteit van Washington geleid internationaal team van astronomen, hebben we nu een nauwkeurig idee van hoe de omstandigheden op de buitenste planeet, TRAPPIST-1h, zouden kunnen zijn.
Volgens de studie van het team - "Een resonante ketting van zeven planeet in TRAPPIST-1", die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuurastronomie - ze vertrouwden op gegevens van de Kepler-missie om de omlooptijd van de planeet te bepalen. In het bijzonder raadpleegden ze de gegevens die waren verkregen tijdens campagne 12 van de K2-missie, een observatieperiode van 79 dagen die liep van 15 december 2016 tot 4 maart 2017.
Onder leiding van Rodrigo Luger, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Washington, was het team al op de hoogte van patronen in de banen van de zes binnenplaneten van het systeem. Dit was gebaseerd op eerdere gegevens van de Spitzer-ruimtetelescoop, waaruit bleek dat deze planeten in een baanresonantie verkeren - dat wil zeggen dat hun respectieve baanperioden wiskundig gerelateerd zijn en elkaar beïnvloeden.
Op basis van deze gegevens had het team al berekend dat TRAPPIST-1h een omlooptijd van iets minder dan 19 dagen zou hebben. Toen ze eenmaal de K2-gegevens hadden geraadpleegd, merkten ze op dat TRAPPIST-1h tijdens de observatieperiode van 79 dagen vier keer de ster doorliep - wat neerkwam op een omlooptijd van 18,77 dagen. Met andere woorden, het team ontdekte dat hun observaties consistent waren met hun berekeningen.
Deze bevinding was een welkome opluchting voor Luger en zijn collega's. Zoals hij zei in een UW-persbericht:
“TRAPPIST-1h was precies waar ons team het had voorspeld. Ik maakte me een tijdje zorgen dat we zagen wat we wilden zien. Dingen zijn bijna nooit precies zoals je verwacht op dit gebied - er zijn meestal verrassingen om elke hoek, maar theorie en observatie kwamen in dit geval perfect overeen. ”
De ontdekking van deze resonantie betekent dat TRAPPIST-1 een ander record heeft gevestigd. Om te beginnen staat het al bekend als een van de slechts twee sterrenstelsels met zeven extra-zonneplaneten - de andere is het HR 8832-sterrenstelsel, een K3V-type variabele ster in de hoofdreeks op 21 lichtjaar afstand. Ten tweede heeft het de meest bevestigde terrestrische planeten die tot nu toe in een enkel sterrenstelsel zijn ontdekt.
Maar met deze nieuwste gegevens heeft TRAPPIST-1 nu het record voor het hebben van de meeste planeten in een orbitale resonantie. De vorige plaatshouders waren Kepler-80 en Kepler-223, die beide vier planeten hebben in een baanresonantie. Volgens Luger werd deze resonantie waarschijnlijk tot stand gebracht toen het TRAPPIST-1-systeem nog jong was en de planeten nog in formatie waren. Zoals Luger uitlegde:
“De resonantiestructuur is geen toeval en wijst op een interessante dynamische geschiedenis waarin de planeten waarschijnlijk in lock-step naar binnen migreerden. Dit maakt het systeem een geweldig testbed voor theorieën over planeetvorming en migratie. We zouden daarom kunnen kijken naar een planeet die ooit bewoonbaar was en sindsdien bevroren is, wat geweldig is om te overwegen en geweldig voor vervolgstudies. ”
De mogelijkheid dat de planeten al vroeg in de geschiedenis van het systeem hun huidige orbitale dans bereikten, zou ook kunnen betekenen dat TRAPPIST-1h ooit bewoonbaar was. Terwijl drie planeten in een baan rond de bewoonbare zone van de ster (TRAPPIST-1 d, e en f) draaien, draait TRAPPIST-1h om de ster op een afstand van ongeveer 10 miljoen km (6 miljoen mijl), waardoor deze ver buiten het bereik van de de bewoonbare zone van de ster.
In feite haalt TRAPPIST-1h op deze afstand ongeveer evenveel energie van de zon als de dwergplaneet Ceres (in ons zonnestelsel in de hoofd-asteroïdengordel, tussen Mars en Jupiter), wat resulteert in een gemiddelde oppervlaktetemperatuur van 173 K (-100 ° C; -148 ° F). Maar in het verleden, toen zijn ster helderder en heter was, had de planeet mogelijk voldoende energie ontvangen dat het oppervlak warm genoeg zou zijn geweest om vloeibaar water te ondersteunen.
"We zouden daarom kunnen kijken naar een planeet die ooit bewoonbaar was en sindsdien bevroren is, wat geweldig is om over na te denken en geweldig voor vervolgstudies", zei Luger. TRAPPIST-1 is ook een uitstekende kandidaat voor vervolgonderzoek gezien de nabijheid. Op slechts 39,5 lichtjaar van de aarde gelegen, bieden deze ster en zijn planetenstelsel een aantal uitzonderlijke mogelijkheden voor de studie van exoplaneten en de bewoonbaarheid van M-type sterren.
Daarnaast toonde deze studie ook aan dat ondanks het falen van twee reactiewielen, de Kepler-missie nog steeds uiterst nuttig is als het gaat om de studie van exoplaneten. Ondanks het feit dat het TRAPPIST-1-systeem nauwlettend in de gaten hield, leverde het instrumentele uitdagingen op, slaagde Kepler er toch in betrouwbare informatie te produceren die consistent was met de berekeningen van het team.
Naast het bepalen van de baanperiode van TRAPPIST-1h, gebruikte het team de K2-gegevens om de banen van de andere zes planeten verder te karakteriseren, de mogelijkheid uit te sluiten dat er meer planeten in het systeem zijn en meer te leren over de ster zelf (zoals de rotatie ervan) periode en niveau van activiteit). Deze informatie zal ook cruciaal zijn om te bepalen of een van de planeten in de bewoonbare zone van de ster wel of niet bewoonbaar is.
De ontdekking van het TRAPPIST-1-systeem was een gebeurtenis die vele jaren in de maak was. Maar de snelheid waarmee nieuwe ontdekkingen zijn opgedoken, was zeer indrukwekkend. Met de inzet van de volgende generatie planeetjagers - zoals de James Webb Telescope en de Transitting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - zullen we de komende jaren dieper kunnen graven en nog meer leren.
En zorg ervoor dat je geniet van deze video van de baanresonantie van TRAPPIST-1, met dank aan assistent-professor Daniel Fabrycky van de Universiteit van Chicago:
