In februari 2017 kondigden astronomen van de European Southern Observatory (ESO) de ontdekking aan van zeven rotsachtige planeten rond de nabijgelegen ster van TRAPPIST-1. Dit was niet alleen het grootste aantal aardachtige planeten dat tot nu toe in één sterrensysteem is ontdekt, het nieuws werd ook versterkt door het feit dat drie van deze planeten in een baan rond de bewoonbare zone van de ster bleken te draaien.
Sinds die tijd zijn er meerdere onderzoeken uitgevoerd om de waarschijnlijkheid vast te stellen dat deze planeten daadwerkelijk bewoonbaar zijn. Met dank aan een internationaal team van wetenschappers die de Hubble-ruimtetelescoop om de planeten van het systeem te bestuderen, hebben we nu de eerste aanwijzingen of water (een belangrijk ingrediënt in het leven zoals we het kennen) al dan niet bestaat op een van de rotsachtige werelden van TRAPPIST-1.
De studie van het team, getiteld "Temporal Evolution of the High-Energy Irradiation and Water Content of TRAPPIST-1 Exoplanets", verscheen onlangs op de Hubble site. Onder leiding van de Zwitserse astronoom Vincent Bourrier van het Observatoire de l'Université de Genève, vertrouwde het team op Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) om de hoeveelheid ultraviolette straling die elk van de TRAPPIST-1-planeten ontvangt te bestuderen.
Zoals Bourrier uitlegde in een Hubble-persbericht, hielp dit hen om het watergehalte van de zeven planeten van het systeem te bepalen:
“Ultraviolette straling is een belangrijke factor in de atmosferische evolutie van planeten. Net als in onze eigen atmosfeer, waar ultraviolet zonlicht moleculen uit elkaar haalt, kan ultraviolet sterrenlicht waterdamp in de atmosfeer van exoplaneten breken tot waterstof en zuurstof. ”
De interactie van ultraviolette straling met de atmosfeer van een planeet is belangrijk als het gaat om het beoordelen van de potentiële bewoonbaarheid van een planeet. Terwijl UV-straling met lagere energie fotodissociatie veroorzaakt, een proces waarbij watermoleculen uiteenvallen in zuurstof en waterstof, zorgen extreme ultraviolette stralen (XUV-straling) en röntgenstralen ervoor dat de bovenste atmosfeer van een planeet opwarmt - waardoor waterstof en zuurstof ontsnappen.
Omdat waterstof lichter is dan zuurstof, gaat het gemakkelijker verloren in de ruimte waar de spectra kunnen worden waargenomen. Dit is precies wat Bourrier en zijn team deden. Door de TRAPPIST-1-planetspectra te volgen op tekenen van waterstofverlies, kon het team hun watergehalte effectief meten. Wat ze ontdekten was dat de UV-straling van TRAPPIST-1 suggereert dat de planeten tijdens hun geschiedenis behoorlijk wat water hadden kunnen verliezen.
De verliezen waren het grootst voor de binnenste planeten - TRAPPIST-1b en 1c - die de meeste UV-straling van hun ster ontvangen. Het team schat zelfs dat deze planeten in de loop van de geschiedenis van het systeem - dat naar schatting tussen de 5,4 en 9,8 miljard jaar oud is - meer dan 20 aarde-oceanen aan water zouden hebben verloren. Met andere woorden, deze binnenplaneten zouden kurkdroog zijn en absoluut steriel.
Deze zelfde bevindingen suggereren echter ook dat de buitenste planeten van het systeem in de loop van de tijd aanzienlijk minder water hebben verloren, wat zou kunnen betekenen dat ze nog steeds overvloedige hoeveelheden op hun oppervlak hebben. Dit omvat de drie planeten die zich binnen de bewoonbare zone van de ster bevinden - TRAPPIST-1e, f en g - wat aangeeft dat deze planeten toch bewoonbaar zouden kunnen zijn.
Deze bevindingen worden ondersteund door het berekende waterverlies en de geofysische waterafgiftesnelheden, die ook het idee bevorderen dat de meer massieve en buitenste planeten in de loop van de tijd het grootste deel van hun water hebben vastgehouden. Deze bevindingen zijn zeer belangrijk omdat ze verder aantonen dat atmosferische ontsnapping en evolutie nauw met elkaar verbonden zijn op de planeten van het TRAPPIST-1-systeem.
De bevindingen zijn ook bemoedigend, aangezien eerdere studies die atmosferisch verlies in dit systeem beschouwden, een nogal grimmig beeld schetsten. Deze omvatten die welke aangeven dat TRAPPIST-1 te veel overstraling ervaart, dat zelfs kalme rode dwergen hun planeten in de loop van de tijd aan intense straling blootstellen, en dat de afstand tussen TRAPPIST-1 en zijn respectieve planeten zou betekenen dat zonnewind direct op hun atmosfeer.
Met andere woorden, deze studies betwijfelen of sterren die in een baan om het M-type (rode dwerg) draaien al dan niet in staat zullen zijn om hun atmosfeer in de loop van de tijd te behouden - zelfs als ze een aardachtige atmosfeer en magnetosfeer zouden hebben. Net als Mars gaf dit onderzoek aan dat atmosferisch strippen veroorzaakt door zonnewind hun oppervlakken onvermijdelijk koud, uitgedroogd en levenloos zou maken.
Kortom, dit is een van de weinige goede berichten die we hebben ontvangen sinds de eerste aankondiging van zeven planeten in het TRAPPIST-1-systeem (en drie potentieel bewoonbare). Het is ook een positieve indicatie wat betreft de bewoonbaarheid van rode dwergsterrensystemen. In de afgelopen jaren hebben veel van die indrukwekkende exoplaneetvondsten plaatsgevonden rond rode dwergsterren - d.w.z. Proxima b, LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b en Gliese 682c.
Gezien het aantal rotsachtige planeten dat is gedetecteerd in een baan om dit type ster - en het feit dat ze de meest voorkomende zijn in het heelal (goed voor 70% van de sterren in de Melkweg alleen) - wetende dat ze bewoonbare planeten zouden kunnen ondersteunen is zeker welkom! Maar natuurlijk benadrukken Bourrier en zijn collega's dat de studie niet afdoende is, en verder onderzoek is nodig om te bepalen of een van de TRAPPIST-1-planeten daadwerkelijk waterig is.
Zoals Bourieer aangaf, gaat het waarschijnlijk om telescopen van de volgende generatie:
"Hoewel onze resultaten suggereren dat de buitenste planeten de beste kandidaten zijn om met de aankomende James Webb-ruimtetelescoop naar water te zoeken, benadrukken ze ook de noodzaak van theoretische studies en aanvullende waarnemingen op alle golflengten om de aard van de TRAPPIST-1-planeten en hun potentiële bewoonbaarheid. "
Rotsachtige planeten rond het meest voorkomende type ster, het potentieel om water vast te houden, en 1000 miljard potentiële planeten in de Melkweg alleen. Eén ding is zeker: de James Webb-ruimtetelescoop zal zijn handen vol hebben zodra hij in oktober 2018 wordt ingezet!
En bekijk ook zeker deze animatie van het TRAPPIST-1-systeem, met dank aan L. Calçada en de ESO:
