Een kunstenaarsconcept van de TRAPPIST-1-werelden, gebaseerd op beschikbare gegevens over de kenmerken van de planeten.
(Afbeelding: © NASA / JPL-Caltech)
De grootste van de werelden in het TRAPPIST-1-systeem met zeven planeten heeft een atmosfeer die in de loop van de tijd is geëvolueerd, in plaats van de atmosfeer die ermee is gevormd.
Waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA laten zien dat de atmosfeer van de planeet anders is dan de ontluikende omgeving, wat betekent dat het waarschijnlijk een rotsachtige wereld is die lijkt op andere in het systeem.
"Deze atmosfeer is niet de atmosfeer waarmee deze is geboren", vertelde Hannah Wakeford, een onderzoeker aan het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, aan Space.com. Een natuurlijke atmosfeer zou rijk zijn aan waterstof, wat de onderzoekers niet zien. In plaats daarvan 'is het veranderd door verschillende processen', zei Wakeford. Atmosferische en geologische activiteit had een belangrijke rol kunnen spelen bij de veranderingen. [Exoplanet Tour: Maak kennis met de 7 planeten ter grootte van de aarde van TRAPPIST-1]
Wakeford en haar collega's gebruikten Hubble om TRAPPIST-1 g, de zesde planeet vanaf de ster, te bestuderen. Ze hadden eerder de atmosfeer van de eerste vijf planeten onderzocht, geïdentificeerd door de letters b tot en met f, en ontdekten dat alle vijf de planeten de massieve waterstofatmosfeer missen die op gasreuzen duidt, waardoor ze eerder rotsachtig zijn. Hun eerdere studie was niet nauwkeurig genoeg om te bepalen of TRAPPIST-1 g al dan niet zijn oorspronkelijke atmosfeer droeg.
'G was daarbij het laatste vraagteken', zei Wakeford. 'Net als zijn broers en zussen bevat het niet zijn oeratmosfeer. Het heeft een geëvolueerde atmosfeer.'
Ze presenteerde de resultaten in januari tijdens de winterbijeenkomst van de American Astronomical Society in Seattle.
"Zout en peper"
In 2016 kondigden astronomen van de Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) in Chili hun ontdekking van drie planeten rond de schemerige ster TRAPPIST-1 aan. Binnen een jaar werden nog vier werelden ontdekt, wat het totaal op zeven brengt. Alle planeten liggen binnen de bewoonbare zone van hun ster, het gebied waar vloeibaar water zou moeten kunnen blijven bestaan op het oppervlak van een planeet. Op slechts 40 lichtjaar van de aarde bevat TRAPPIST-1 de meeste planeten waarvan bekend is dat ze binnen de bewoonbare zone van een enkele ster liggen.
TRAPPIST-1 g is de grootste van de wereld, met schattingen van ongeveer 1,1 keer de massa van de aarde.
Als de planeten gasreuzen zijn, zouden ze hun oorspronkelijke, waterstofrijke atmosfeer behouden. Daarentegen hebben rotsachtige werelden de kracht om hun atmosfeer te veranderen. De beweging van koolstof kan een sleutelrol spelen in de zich ontwikkelende atmosfeer. Smeltmantel magma vangt koolstof op onder het oppervlak. Terwijl het magma naar het oppervlak beweegt, zorgt de verminderde druk ervoor dat de koolstof in gasvorm kan ontsnappen. Op aarde komt gevangen carbonaat vrij als koolstofdioxide, een broeikasgas waarmee onze planeet warmer kan worden door warmte van de zon op te vangen. Uit eerder onderzoek is gebleken dat werelden als Mars en de maan ook koolstofrijk materiaal en andere elementen kunnen vasthouden en deze in gasvorm in de atmosfeer kunnen afgeven.
M-dwergen zoals TRAPPIST-1, ook bekend als rode dwergen, vormen de hoogste populatie van sterren in de melkweg. Sommige studies suggereren dat drie van de vier sterren een M-dwerg kunnen zijn. De langlevende sterren zijn koeler en zwakker dan zonachtige sterren, maar ze zijn ook ongelooflijk actief en doven hun planeten uit in straling die wordt gedragen door krachtige uitbarstingen en uitbarstingen. [Hoe stertypen apart te onderscheiden (Infographic)]
Hun koele temperaturen kunnen ook problemen veroorzaken bij het zoeken naar leven. De M-dwergen met een lage massa kunnen wolken en zelfs waterdamp in hun atmosfeer bevatten, net als de grootste planeten. Deze moleculen kunnen valse signalen creëren voor astronomen die proberen de atmosfeer van de werelden te bestuderen.
Terwijl een planeet tussen zijn ster en de aarde passeert, kunnen astronomen het licht bestuderen dat door de lucht stroomt om enkele mysteries van de planetaire atmosfeer te ontsluiten. Omdat ze watermoleculen bevatten, kunnen M-dwergen het proces uitdagender maken; het kan moeilijk zijn om te bepalen of signalen die wijzen op de aanwezigheid van water afkomstig zijn van de planeet of de ster.
"Omdat de ster deze kenmerken heeft, betekent dit dat de metingen die je maakt, je niet 100 procent zeker kunt zijn dat het niet de ster is die je meet," zei Wakeford. 'Je moet de aanwezigheid en het effect van de ster op deze planeten kunnen uitsluiten.'
Om de rommel te helpen oplossen, ontwikkelden Wakeford en haar collega's een methode om de stellaire besmetting te verwijderen. Eerst voerden ze een diepgaande studie uit van TRAPPIST-1, waarbij ze onderzochten hoe de temperatuur van de ster op verschillende locaties veranderde.
'De ster zelf is een mengsel van drie verschillende soorten temperaturen', zei Wakeford. Over het algemeen is de ster relatief koel, met een derde ervan bedekt met iets warmere plekken van 2.726 graden Celsius (4.940 graden Fahrenheit). Minder dan 3 procent van de ster is bedekt met extreem hete plekken bij een temperatuur van 5.526 C (9.980 F).
Dat komt omdat TRAPPIST-1 wordt bedekt door stervlekken waarvan Wakeford zei dat ze kleiner en zwakker zijn dan die op onze zon.
"De verdeling van [de vlekken] is als zout en peper - het wordt gewoon overal gespot en gelijkmatig verdeeld", zei Wakeford.
Door de ster te bestuderen als een individuele planeet in zijn systeem dat tussen de aarde en de aarde doorliep, konden de astronomen onderzoeken hoe de temperatuur van de ster veranderde.
'We kunnen de planeet eigenlijk gebruiken als een sonde voor de temperatuureigenschappen van de ster', zei Wakeford.
Met die informatie in de hand, onderzochten de astronomen vervolgens de atmosfeer van de planeet zelf, ervan overtuigd dat ze de moleculaire signalen van de ster konden verklaren. Ze waren in staat om de grote, gezwollen waterstofatmosfeer rond g uit te sluiten die zou hebben gesuggereerd dat het eerder een gasreus was dan een rotsachtige wereld waarvan de lucht was veranderd door geologische en atmosferische processen.
'Dat leidt echt tot de ware aardse aard van deze planeet', zei Wakeford.
Het team gebruikte hun metingen ook om de straal van de planeet te berekenen op 1,124 keer de straal van de aarde, waardoor het een dichtheid kreeg net onder die van onze planeet. Dit past stevig op TRAPPIST-1 g: het is een rotsachtige wereld.
Nu zes van de planeten uit de weg zijn, hopen de astronomen hun aandacht te richten op het zevende en laatste object, TRAPPIST-1 h. Ze zijn van plan om de planeet in de zomer van 2019 te bestuderen.
"Het zal heel spannend zijn om deze methode opnieuw toe te passen, niet alleen om te zien waar de planeet van gemaakt is, maar ook om te zien hoe de ster deze planeet verandert en beïnvloedt", zei Wakeford.
Bovendien zou het proces dat ze ontwikkelden om waterdampverontreiniging te scheiden van TRAPPIST-1 ook kunnen worden toegepast op waarnemingen van andere M-dwergen.
Het onderzoek is eind 2018 gepubliceerd in het Astronomical Journal.
