In Februar 2017 , gab ein Team europäischer Astronomen die Entdeckung eines Sieben-Planeten-Systems bekannt, das den nahegelegenen Stern TRAPPIST-1 umkreist. Abgesehen von der Tatsache, dass alle sieben Planeten felsig waren, gab es den zusätzlichen Bonus, dass drei von ihnen innerhalb von TRAPPIST-1 kreisten bewohnbare Zone . Seitdem wurden mehrere Studien durchgeführt, um festzustellen, ob einer dieser Planeten bewohnbar sein könnte oder nicht.
In Übereinstimmung mit diesem Ziel haben sich diese Studien darauf konzentriert, ob diese Planeten Atmosphären, ihre Zusammensetzung und ihr Inneres haben oder nicht. Einer der neueste Studien wurde von zwei Forschern der Columbia University durchgeführt Cool Worlds Labor , der festgestellt hat, dass einer der TRAPPIST-1-Planeten (TRAPPIST-1e) einen großen Eisenkern hat – ein Befund, der Auswirkungen auf die Bewohnbarkeit dieses Planeten haben könnte.
Die Studie – betitelt „ TRAPPIST-1e hat einen großen Eisenkern “, das kürzlich online erschienen ist – wurde von Gabrielle Englemenn-Suissa und David Kipping, einem leitenden Studenten und einem Assistenzprofessor für Astronomie an der Columbia University, geleitet. Für ihre Studie nutzten Englemenn-Suissa und Kipping neuere Studien, die den Massen und Radien der TRAPPIST-1-Planeten Beschränkungen auferlegten.
Diese und andere Studien haben von der Tatsache profitiert, dass TRAPPIST-1 ein Sieben-Planeten-System ist und sich daher ideal für Exoplaneten-Studien eignet. Wie Professor Kipping Universe Today per E-Mail sagte:
„Es ist aus drei Gründen ein wunderbares Labor für die Exoplanetenforschung. Erstens hat das System satte sieben Transitplaneten. Die Tiefe der Transite bestimmt die Größe jedes Planeten, sodass wir ihre Größe ziemlich genau messen können. Zweitens interagieren die Planeten gravitativ miteinander, was zu Variationen in den Transitzeiten führt, und diese wurden verwendet, um die Massen jedes Planeten mit beeindruckender Präzision abzuleiten. Drittens ist der Stern sehr klein, da er ein später M-Zwerg ist, etwa ein Achtel der Größe der Sonne, und das bedeutet, dass Transite 8^2 = 64-mal tiefer erscheinen, als wenn der Stern Sonnengröße hätte. Wir haben hier also viele Dinge zu unseren Gunsten.“
Gemeinsam verwendeten Englemann-Suissa und Kipping Massen- und Radiusmessungen der TRAPPIST-1-Planeten, um die minimale und maximale Kernradiusfraktion (CRF) jedes Planeten abzuleiten. Dies baute auf einer Studie auf, die sie zuvor (zusammen mit Jingjing Chen, Doktorand an der Columbia University und Mitglied des Cool Worlds Lab) durchgeführt hatten, in der sie ihre Methode zur Bestimmung des CRF eines Planeten entwickelten. Wie Kipping die Methode beschrieb:
„Wenn man Masse und Radius sehr genau kennt, wie beim TRAPPIST-1-System, kann man sie mit den Vorhersagen aus theoretischen Innenstrukturmodellen vergleichen. Das Problem ist, dass diese Modelle im Allgemeinen aus möglichen vier Schichten bestehen, einem Eisenkern, einem Silikatmantel, einer Wasserschicht und einer leicht flüchtigen Hülle (die Erde hat nur die ersten beiden, ihre Atmosphäre trägt vernachlässigbar zu Masse und Radius bei). Vier Unbekannte und zwei Messgrößen sind also im Prinzip ein uneingeschränktes, unlösbares Problem.“
Das Konzept dieses Künstlers zeigt, wie jeder der TRAPPIST-1-Planeten aussehen könnte, basierend auf verfügbaren Daten über ihre Größe, Masse und Umlaufbahnabstände.Credits: NASA/JPL-Caltech
Ihre Studie berücksichtigte auch frühere Arbeiten anderer Wissenschaftler, die versucht haben, die chemische Zusammensetzung des TRAPPIST-1-Systems einzuschränken. In diesen Studien gingen die Autoren davon aus, dass die chemische Zusammensetzung der Planeten mit der des Sterns zusammenhängt, die gemessen werden kann. Englemann-Suissa und Kipping gingen jedoch eher „agnostisch“ vor und betrachteten lediglich die Randbedingungen des Problems.
„Wir sagen im Wesentlichen, dass es angesichts der Masse und des Radius keine Modelle mit Kernen kleiner als X gibt, die möglicherweise die beobachtete Masse und den beobachteten Radius erklären können“, sagte er. „Der Kern könnte größer als X sein, muss aber mindestens X sein, da kein theoretisches Modell dies anders erklären könnte. Hier entspräche X also dem, was wir den minimalen Kernradiusanteil nennen könnten. Wir spielen dann das gleiche Spiel um das maximale Limit.“
Sie stellten fest, dass die minimale Kerngröße von sechs der TRAPPIST-1-Planeten im Wesentlichen Null war. So ließen sich ihre Zusammensetzungen erklären, ohne unbedingt einen Eisenkern zu haben – zum Beispiel könnte nur ein reiner Silikatmantel vorhanden sein. Aber im Fall von TRAPPIST-1e fanden sie heraus, dass sein Kern mindestens 50 % des Planeten im Radius umfassen muss und höchstens 78 %.
Vergleichen Sie dies mit der Erde, wo der feste innere Kern aus Eisen und Nickel und ein flüssiger äußerer Kern aus einer geschmolzenen Eisen-Nickel-Legierung 55 % des Planetenradius ausmachen. Zwischen der oberen und unteren Grenze des CRF von TRAPPIST-1e kamen sie zu dem Schluss, dass es einen dichten Kern haben muss, der wahrscheinlich mit der Erde vergleichbar ist. Dieser Befund könnte bedeuten, dass e von allen TRAPPIST-1-Planeten der „erdähnlichste“ ist und wahrscheinlich eine schützende Magnetosphäre hat.
Wie Kipping angedeutet hat, könnte dies immense Auswirkungen auf die Jagd nach bewohnbaren Exoplaneten haben und TRAPPIST-1e an die Spitze der Liste bringen:
„Das begeistert mich besonders für TRAPPIST-1e. Dieser Planet ist ein bisschen kleiner als die Erde, liegt direkt in der bewohnbaren Zone und hat jetzt, wie wir wissen, einen großen Eisenkern wie die Erde. Wir wissen auch, dass es dank anderer Messungen keine leicht flüchtige Hülle besitzt. Darüber hinaus scheint TRAPPIST-1 ein ruhigerer Stern zu sein als Proxima, daher bin ich im Moment viel optimistischer, was TRAPPIST-1e als potenzielle Biosphäre angeht als Proxima b.“
Dies ist sicherlich eine gute Nachricht angesichts der jüngsten Studien, die gezeigt haben, dass Proxima b wahrscheinlich nicht bewohnbar ist. Zwischen seinem emittierenden Stern starke Fackeln, die mit bloßem Auge zu sehen sind auf die Wahrscheinlichkeit, dass an Atmosphäre und flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche nicht lange überleben würde, gilt der unserem Sonnensystem am nächsten gelegene Exoplanet derzeit nicht als guter Kandidat für die Suche nach einer bewohnbaren Welt oder außerirdischem Leben.
In den letzten Jahren haben sich Kipping und seine Kollegen und das Cool Worlds Laboratory auch der Erforschung möglicher Exoplaneten in der Umgebung gewidmet Proxima Centauri . Mit den der Canadian Space Agency Mikrovariabilität und Oszillation von Sternen (MOST)-Satelliten überwachten Kipping und seine Kollegen Proxima Centauri im Mai 2014 und erneut im Mai 2015, um nach Anzeichen von zu suchen Transitplaneten .
Während Entdeckung von Proxima b wurde schließlich von Astronomen der ESO mit dem Radialgeschwindigkeitsmethode , war diese Kampagne bedeutend, um die Aufmerksamkeit auf die Wahrscheinlichkeit zu lenken, terrestrische, potenziell bewohnbare Planeten um nahegelegene Sterne des Typs M (Roter Zwerg) zu finden. In Zukunft hoffen Kipping und sein Team auch, Studien an Proxima b durchzuführen, um festzustellen, ob es eine Atmosphäre hat und wie es sein könnte.
Wieder einmal scheint es, dass einer der vielen Gesteinsplaneten, die einen Roten Zwergstern umkreisen (und der näher an der Erde liegt) ein erstklassiger Kandidat für Studien zur Bewohnbarkeit sein könnte! Zukünftige Durchmusterungen, die von der Einführung von Teleskopen der nächsten Generation (wie dem James Webb-Weltraumteleskop) wird zweifellos mehr über dieses System und alle potenziell bewohnbaren Welten, die es hat, verraten.
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