Die Ankündigung eines Sieben-Planeten-Systems um den Stern TRAPPIST-1 Anfang dieses Jahres löste eine Flut von wissenschaftlichem Interesse aus. Dies war nicht nur eine der größten Planetenchargen, die um einen einzelnen Stern herum entdeckt wurden, sondern auch die Tatsache, dass sich alle sieben als terrestrisch (felsig) erwiesen haben, war sehr ermutigend. Noch ermutigender war die Tatsache, dass drei dieser Planeten mit der bewohnbaren Zone des Sterns kreisen.
Seitdem versuchen Astronomen, alles über dieses Planetensystem zu erfahren. Abgesehen davon, ob sie Atmosphären haben oder nicht, möchten Astronomen auch mehr über ihre Umlaufbahnen und Oberflächenbedingungen erfahren. Dank der Bemühungen eines von der University of Washington geleiteten internationalen Astronomenteams haben wir jetzt eine genaue Vorstellung davon, wie die Bedingungen auf seinem äußersten Planeten – TRAPPIST-1h – sein könnten.
Laut der Studie des Teams – “ Eine Resonanzkette mit sieben Planeten in TRAPPIST-1 “, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurdeNaturastronomie– sie stützten sich auf Daten der Kepler-Mission um die Umlaufzeit des Planeten zu bestimmen. Insbesondere konsultierten sie Daten, die während Kampagne 12 der K2-Mission, einem 79-tägigen Beobachtungszeitraum vom 15. Dezember 2016 bis 4. März 2017.
Das Konzept dieses Künstlers zeigt, wie jeder der TRAPPIST-1-Planeten basierend auf verfügbaren Daten über ihre Größe, Masse und Umlaufbahnentfernung aussehen könnte. Credits: NASA/JPL-Caltech
Das Team unter der Leitung von Rodrigo Luger, einem Doktoranden an der University of Washington, war sich bereits der Muster in den Umlaufbahnen der sechs inneren Planeten des Systems bewusst. Dies basierte auf früheren Daten der Spitzer Weltraumteleskop , die darauf hindeuteten, dass sich diese Planeten in einer Orbitalresonanz befinden – d.h. ihre jeweiligen Umlaufzeiten sind mathematisch verwandt und beeinflussen sich gegenseitig.
Aus diesen Daten hatte das Team bereits berechnet, dass TRAPPIST-1h eine Umlaufzeit von knapp 19 Tagen haben würde. Als sie die K2-Daten konsultierten, stellten sie fest, dass TRAPPIST-1h während des 79-tägigen Beobachtungszeitraums vier Transite des Sterns durchführte – was einer Umlaufzeit von 18,77 Tagen entsprach. Mit anderen Worten, das Team stellte fest, dass ihre Beobachtungen mit ihren Berechnungen übereinstimmten.
Diese Erkenntnis war für Luger und seine Kollegen eine willkommene Erleichterung. Wie er in einem UW feststellte Pressemitteilung :
„TRAPPIST-1h war genau dort, wo unser Team es vorhergesagt hatte. Es machte mir eine Weile Sorgen, dass wir sehen würden, was wir sehen wollten. In diesem Bereich läuft es fast nie so, wie man es erwartet – Überraschungen gibt es meistens an jeder Ecke, aber Theorie und Beobachtung passten hier perfekt zusammen.“
Die Entdeckung dieser Resonanz bedeutet, dass TRAPPIST-1 einen weiteren Rekord aufgestellt hat. Zunächst einmal ist es bereits dafür bekannt, dass es eines von nur zwei Sternensystemen ist, das sieben extrasolare Planeten beherbergt – der andere ist der HR 8832 Sternsystem, ein veränderlicher Hauptreihenstern vom Typ K3V, der sich 21 Lichtjahre entfernt befindet. Zweitens hat es die bisher am meisten bestätigten terrestrischen Planeten, die in einem Einzelsternsystem entdeckt wurden.
Drei der TRAPPIST-1-Planeten – TRAPPIST-1e, f und g – leben in der sogenannten „habitablen Zone“ ihres Sterns. CreditL NASA/JPL
Aber mit diesen neuesten Daten hält TRAPPIST-1 jetzt auch den Rekord für die meisten Planeten in einer Orbitalresonanz. Die bisherigen Platzhalter waren Kepler-80 und Kepler-223 , die beide vier Planeten in einer Orbitalresonanz haben. Laut Luger wurde diese Resonanz wahrscheinlich festgestellt, als das TRAPPIST-1-System noch jung war und sich die Planeten noch im Entstehungsprozess befanden. Als Luger erklärt :
„Die Resonanzstruktur ist kein Zufall und weist auf eine interessante dynamische Geschichte hin, in der die Planeten wahrscheinlich im Gleichschritt nach innen wanderten. Dies macht das System zu einer großartigen Testumgebung für Planetenentstehungs- und Migrationstheorien. Wir könnten daher einen Planeten betrachten, der einst bewohnbar war und seitdem zugefroren ist, was erstaunlich zu betrachten und großartig für Folgestudien ist.“
Die Möglichkeit, dass die Planeten zu einem frühen Zeitpunkt in der Geschichte des Systems ihren aktuellen Orbitaltanz erreichten, könnte auch bedeuten, dass TRAPPIST-1h einst bewohnbar war. Während drei Planeten die bewohnbare Zone des Sterns umkreisen (TRAPPIST-1 d, e und f), umkreist TRAPPIST-1h den Stern in einer Entfernung von etwa 10 Millionen km (6 Millionen Meilen), was ihn weit außerhalb der Reichweite des bewohnbare Zone des Sterns.
Tatsächlich erhält TRAPPIST-1h in dieser Entfernung ungefähr so viel Energie von der Sonne wie die Zwergplanet Ceres (befindet sich in unserem Sonnensystem im Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter), was zu einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von 173 K (-100 °C; -148 °F) führt. Aber in der Vergangenheit, als sein Stern heller und heißer war, hat der Planet möglicherweise genug Energie erhalten, sodass seine Oberfläche warm genug gewesen wäre, um flüssiges Wasser zu tragen.
Künstlerische Konzepte der sieben Planeten von TRAPPIST-1 mit ihren Umlaufzeiten, Abständen von ihren Sternen, Radien und Massen im Vergleich zu denen der Erde. Bildnachweis: NASA/JPL
„Wir könnten uns daher einen Planeten anschauen, der einst bewohnbar war und seitdem zugefroren ist, was erstaunlich zu betrachten und großartig für Folgestudien ist.“ sagte Luger . TRAPPIST-1 ist aufgrund seiner Nähe auch ein erstklassiger Kandidat für Folgestudien. Dieser Stern und sein Planetensystem liegen nur 39,5 Lichtjahre von der Erde entfernt und bieten einige außergewöhnliche Möglichkeiten für die Erforschung von Exoplaneten und der Bewohnbarkeit von M-Sternen.
Darüber hinaus zeigte diese Studie, dass die Kepler-Mission trotz des Ausfalls von zwei Reaktionsrädern immer noch äußerst nützlich für die Erforschung von Exoplaneten ist. Trotz der instrumentellen Herausforderung, das TRAPPIST-1-System ständig im Auge zu behalten, gelang es Kepler dennoch, zuverlässige Informationen zu liefern, die mit den Berechnungen des Teams übereinstimmten.
Neben der Bestimmung der Umlaufzeit von TRAPPIST-1h nutzte das Team die K2-Daten, um die Umlaufbahnen der anderen sechs Planeten weiter zu charakterisieren, die Möglichkeit weiterer Planeten im System auszuschließen und mehr über den Stern selbst zu erfahren (z Zeitraum und Aktivitätsgrad). Diese Informationen werden auch entscheidend sein, um festzustellen, ob einer der Planeten, die sich in der bewohnbaren Zone des Sterns befinden, tatsächlich bewohnbar sein könnte oder nicht.
Die Entdeckung des Systems des TRAPPIST-1 war ein Ereignis, das viele Jahre in Anspruch nahm. Aber die Geschwindigkeit, mit der neue Entdeckungen gemacht wurden, war sehr beeindruckend. In den kommenden Jahren werden mit dem Einsatz von Planetenjägern der nächsten Generation – wie dem James Webb Teleskop und der Transitender Exoplaneten-Vermessungssatellit (TESS) – wir können tiefer graben und noch mehr lernen.
Und genießen Sie dieses Video der Orbitalresonanz von TRAPPIST-1 mit freundlicher Genehmigung von Assistant Professor Daniel Fabrycky von der University of Chicago:
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