In februari 2017 kondigde een team van Europese astronomen de ontdekking aan van een systeem met zeven planeten dat in een baan om de nabije ster TRAPPIST-1 draait. Afgezien van het feit dat alle zeven planeten rotsachtig waren, was er de toegevoegde bonus dat er drie in een baan om de TRAPPIST-1 bewoonbare zone draaiden. Sinds die tijd zijn er meerdere onderzoeken uitgevoerd om te bepalen of een van deze planeten al dan niet bewoonbaar zou kunnen zijn.
In overeenstemming met dit doel hebben deze studies zich gericht op het al dan niet hebben van deze planeten met sferen, hun composities en hun interieurs. Een van de nieuwste onderzoeken is uitgevoerd door twee onderzoekers van het Cool Worlds Laboratory van Columbia University, die hebben vastgesteld dat een van de TRAPPIST-1-planeten (TRAPPIST-1e) een grote ijzeren kern heeft - een bevinding die gevolgen zou kunnen hebben voor de bewoonbaarheid van deze planeet.
De studie - getiteld "TRAPPIST-1e heeft een grote ijzeren kern", die onlangs online verscheen - werd uitgevoerd door Gabrielle Englemenn-Suissa en David Kipping, respectievelijk een niet-gegradueerde student en een assistent-professor in de sterrenkunde aan de Columbia University. Ten behoeve van hun studie hebben Englemenn-Suissa en Kipping geprofiteerd van recente studies die beperkingen hebben gesteld aan de massa's en stralen van de TRAPPIST-1-planeten.
Deze en andere onderzoeken hebben geprofiteerd van het feit dat TRAPPIST-1 een systeem met zeven planeten is, waardoor het bij uitstek geschikt is voor exoplanetenonderzoeken. Zoals Professor Kipping Space Magazine via e-mail vertelde:
"Het is om drie redenen een prachtig laboratorium voor exoplanetaire wetenschap. Ten eerste heeft het systeem maar liefst zeven doorgaande planeten. De diepte van de transits bepaalt de grootte van elke planeet, zodat we ze vrij nauwkeurig kunnen meten. Ten tweede werken de planeten gravitationeel met elkaar in wisselwerking, wat leidt tot variaties in de tijden van de transits en deze zijn gebruikt om de massa's van elke planeet af te leiden, opnieuw met indrukwekkende precisie. Ten derde is de ster erg klein, een late M-dwerg, ongeveer een achtste van de grootte van de zon, en dat betekent dat transits 8 ^ 2 = 64 keer dieper verschijnen dan wanneer de ster zo groot was als de zon. We hebben hier dus veel voordelen. ”
Samen gebruikten Englemann-Suissa en Kipping massa- en straalmetingen van de TRAPPIST-1-planeten om de minimale en maximale kernradiusfractie (CRF) van elke planeet af te leiden. Dit bouwde voort op een onderzoek dat ze eerder hadden uitgevoerd (samen met Jingjing Chen, een promovendus aan de Columbia University en lid van het Cool Worlds Lab) waarin ze hun methode ontwikkelden voor het bepalen van de CRF van een planeet. Zoals Kipping de methode beschreef:
“Als je de massa en de straal heel precies kent, zoals het TRAPPIST-1-systeem, kun je ze vergelijken met de voorspellingen uit theoretische modellen voor interieurstructuren. Het probleem is dat deze modellen over het algemeen bestaan uit mogelijk vier lagen, een ijzeren kern, een silicaatmantel, een waterlaag en een licht vluchtige omhulling (de aarde heeft alleen de eerste twee, de atmosfeer draagt verwaarloosbaar bij aan massa en straal). Dus vier onbekenden en twee gemeten grootheden is in principe een onbeperkt, onoplosbaar probleem. ”
Hun studie hield ook rekening met eerder werk van andere wetenschappers die hebben geprobeerd beperkingen op te leggen aan de chemische samenstelling van het TRAPPIST-1-systeem. In deze studies gingen de auteurs ervan uit dat de chemische composities van de planeten verbonden waren met die van de ster, wat gemeten kan worden. Englemann-Suissa en Kipping kozen echter voor een meer "agnostische" benadering en overwogen eenvoudigweg de randvoorwaarden van het probleem.
"We zeggen in wezen dat er, gezien de massa en straal, geen modellen zijn met kernen kleiner dan X die de waargenomen massa en straal mogelijk kunnen verklaren," zei hij. “De kern is misschien groter dan X, maar moet minstens X zijn omdat geen enkele theoretische modellen het anders zou kunnen verklaren. Hier zou X daarom overeenkomen met wat we de minimale kernradiusfractie zouden kunnen noemen. We spelen dan hetzelfde spel voor de maximale limiet. ”
Wat ze bepaalden was dat de minimale kerngrootte van zes van de TRAPPIST-1-planeten in wezen nul was. Dit betekent dat hun composities kunnen worden uitgelegd zonder noodzakelijkerwijs een ijzeren kern te hebben - bijvoorbeeld een pure silicaatmantel zou alles kunnen zijn. Maar in het geval van TRAPPIST-1e ontdekten ze dat de kern van de planeet ten minste 50% van de straal moet bedragen, en hoogstens 78%.
Vergelijk dit met de aarde, waar de vaste binnenkern van ijzer en nikkel en een vloeibare buitenkern van een gesmolten ijzer-nikkellegering 55% uitmaken van de straal van de planeet. Tussen de boven- en ondergrens van TRAPPIST-1e's CRF concludeerden ze dat het een dichte kern moet hebben, een kern die waarschijnlijk vergelijkbaar is met de aarde. Deze bevinding zou kunnen betekenen dat van alle TRAPPIST-1-planeten e de meest "aarde-achtige" is en waarschijnlijk een beschermende magnetosfeer heeft.
Zoals Kipping aangaf, zou dit enorme gevolgen kunnen hebben als het gaat om de jacht op bewoonbare exoplaneten, en zou TRAPPIST-1e bovenaan de lijst kunnen komen te staan:
“Dit maakt me vooral enthousiast over TRAPPIST-1e. Die planeet is iets kleiner dan de aarde, zit precies in de bewoonbare zone en nu weten we dat het een grote ijzeren kern heeft zoals de aarde. We weten ook dat het dankzij andere metingen geen licht vluchtige omhulling heeft. Verder lijkt TRAPPIST-1 een stillere ster te zijn dan Proxima, dus ik ben veel optimistischer over TRAPPIST-1e als potentiële biosfeer dan Proxima b op dit moment. "
Dit is zeker goed nieuws in het licht van recente studies die hebben aangetoond dat Proxima b waarschijnlijk niet bewoonbaar zal zijn. Tussen zijn ster die krachtige fakkels uitzendt die met het blote oog kunnen worden gezien, met de kans dat een atmosfeer en vloeibaar water niet lang op zijn oppervlak zouden overleven, wordt de dichtstbijzijnde exoplaneet van ons zonnestelsel momenteel niet als een goede kandidaat beschouwd voor het vinden van een bewoonbare wereld of buitenaards leven.
De afgelopen jaren hebben Kipping en zijn collega's zich en het Cool Worlds Laboratory ook toegelegd op de studie van mogelijke exoplaneten rond Proxima Centauri. Met behulp van de Microvariability and Oscillation of Stars (MOST) -satelliet van de Canadian Space Agency volgden Kipping en zijn collega's Proxima Centauri in mei 2014 en opnieuw in mei 2015 om te zoeken naar tekenen van doortrekkende planeten.
Hoewel de ontdekking van Proxima b uiteindelijk werd gedaan door astronomen bij de ESO met behulp van de Radial Velocity Method, was deze campagne van groot belang om de aandacht te vestigen op de waarschijnlijkheid van het vinden van terrestrische, potentieel bewoonbare planeten rond nabijgelegen M-type (rode dwerg) sterren. In de toekomst hopen Kipping en zijn team ook studies van Proxima b uit te voeren om te bepalen of het een atmosfeer heeft en wat zijn CRF zou kunnen zijn.
Nogmaals, het lijkt erop dat een van de vele rotsachtige planeten die om een rode dwergster draaien (en die dichter bij de aarde staat) misschien wel een uitstekende kandidaat is voor bewoonbaarheidsstudies! Toekomstige onderzoeken, die zullen profiteren van de introductie van telescopen van de volgende generatie (zoals de James Webb Space Telescope) zal ongetwijfeld meer onthullen over dit systeem en alle potentieel bewoonbare werelden die het heeft.
